Организация канала связи
Опубликовано: 05.11.2018
О каналах связи
Канал связи - канал, организованный на базе определенного проводника, и используемый для передачи информации.
Каналы связи образуется различным образом.
Они могут быть как физическими проводными каналами – образуемыми кабелями связи, так и волновыми каналами – формируемыми для организации в какой-либо среде (например, эфире) различных видов радиосвязи с помощью антенн и выделенной полосы частот. При этом электрические и оптические каналы связи (образуемые соответствующими сигналами) подразделяются на: проводные и беспроводные (радио-, инфракрасные и другие) каналы. Таким образом, оптический, как и электрический сигнал может распространяться, по проводам, в эфире и других средах.
В телефонной сети после набора номера, канал образуется на время соединения, например, двух абонентов и проведения между ними сеанса голосовой связи. В проводных системах передачи данных канал формируется путём применения оборудования уплотнения, позволяющего одновременно продолжительно или кратковременно передавать по линии связи данные большого (тысяч) количества источников. Такие линии состоят из одной или нескольких пар проводов (кабелей) и обеспечивают передачу данных на различные расстояния. Термин « канал » в радиосвязи означает среду передачи данных, организованную для одного или нескольких, одновременно проводимых сеансов связи. Во втором случае, например, может использоваться частотное разделение каналов.
Также, как и средства связи, линии или каналы связи делятся на: аналоговые, цифровые, а также аналогово-цифровые.
Цифровые коммуникации (каналы связи) надёжнее, чем аналоговые. Они обеспечивают высокое качество передачи информации, позволяют внедрять механизмы, гарантирующие целостность каналов, защиту данных и применение других сервисов. Для передачи аналоговой информации по цифровому каналу, она преобразуется в цифровую форму.
В конце 1980-х годов появилась цифровая сеть с интеграцией услуг ( IntegratedServicedDigitalNetwork – ISDN ). Предполагается, что она станет глобальной цифровой магистралью, соединяющей офисные и домашние компьютеры, обеспечивая им высокоскоростную передачу данных (до 2 Мбит/с и более). Стандартными четырёхпроводными абонентскими устройствами ISDN могут быть: телефон, факсимильный аппарат, устройства передачи данных, оборудование телеконференций и другие. Конкуренцию им могут составить современные технологии, применяемые в сетях кабельного телевидения.
По пропускной способности каналы связи делятся на: низкоскоростные (телеграфные, скорость передачи информации от 50 до 200 бод/с). Напомним, что 1 бод = 1 бит/сек, среднескоростные (аналоговые телефонные, от 300–9600 до 56000 бит/с для ЭВМ), высокоскоростные или широкополосные (скорость передачи информации свыше 56000 бит/с). Так как, 1 байт равен 8 битам, можно легко осуществить пересчёт, например, 56000 бит/с = 7 Кб/с.В зависимости от возможностей организации направлений передачи информации каналы связи делятся на:
¨ симплексные , позволяющие осуществлять передачу информации только в одном направлении; ¨ полудуплексные , обеспечивающие попеременную передачу информации в прямом и обратном направлениях; ¨ дуплексные или полнодуплексные, допускающие передачу информации одновременно в прямом и обратном направлениях.Проводные каналы связи представляют группу параллельных или скрученных (витая пара) медных проводов, коаксиальные кабели и волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). В проводных каналах используют следующие виды кабелей:
1. Витая пара (скорость передачи данных – 1 Мбит/сек).
2. Коаксиальный кабель (типа TV, тонкий и толстый) – скорость передачи данных – 15 Мбит/сек. 3. Оптоволоконный кабель (скорость передачи данных – 400 Мбит/сек).1. Витая пара (англ. «twistedpair») – изолированные проводники, попарно свитые между собой для уменьшения наводок между проводниками и парами. Выделяют пять категорий витых пар. Первая и вторая категории используются при низкоскоростной передаче данных, причём первая – стандартный телефонный абонентский провод. Третью, четвёртую и пятую категории применяют при скоростях передачи до 16, 25 и 155 Мбит/с соответственно, причём третья (TokenRing) и четвёртая (Ethernet) для частоты до 10 МГц, а пятая – до 100 МГц. Наибольшее распространение получила третья категория. Ориентируясь на перспективные решения, связанные с потребностью увеличивать пропускную способность сети, следует использовать оборудование пятой категории, обеспечивающее передачу данных по обычным телефонным линиям и ЛВС со скоростью до 1 Мбит/с.
Такие провода содержат две или четыре пары и могут иметь экран из алюминиевой фольги. В последнем случае они называются – экранированная витая пара (англ. «shieldedtwistedpair», STP). Неэкранированный провода называют UTP (англ. «unshieldedtwistedpair»).
2. Коаксиальный кабель – медный проводник (или алюминиевый провод, покрытый медью) внутри цилиндрической экранирующей защитной оболочки, свитой из тонких медных проводников, изолированной от проводника диэлектриком (заполняющим пространство между ними). От стандартного телевизионного кабеля он отличается волновым сопротивлением. У первого 75 Ом, а у второго – 50 Ом. По такому кабелю скорость передачи данных достигает 300 Мбит/с. Различают тонкий (Ø 0,2 дюйма/5 мм) и толстый (Ø 0,4 дюйма/10 мм) коаксиальный кабель. В ЛВС обычно применяют тонкий кабель, так как его легче прокладывать и монтировать. Значительная стоимость и сложность прокладки ограничивают его использование в сетях передачи данных.
Сети кабельного телевидения (CATV) строились с использованием коаксиального кабеля, аналоговый сигнал по которому передавался на расстояние до нескольких десятков км. Типичная сеть кабельного TV имеет древовидную структуру, где головной узел получает сигналы со спутника связи или по ВОЛС. Ныне появляются такие сети, в которых используются коаксиальный и волоконно-оптический кабель, позволяющий обслуживать большие территории и передавать бóльшие объёмы информации, обеспечивая высокое качество сигналов даже без применения повторителей. Такие сети называются гибридными ( HFC).
При симметричной архитектуре прямой и обратный сигналы передаются по одному кабелю в различных диапазонах частот с разными скоростями (обратный медленнее).
В любом случае скорость загрузки данных в таких сетях многократно выше (до 1000 раз), чем в стандартных телефонных линиях. Данные, загружаемые по телефонной линии в течение 20 мин., могут быть загружены в кабельной сети за 1–2 с.
В организациях с собственными кабельными сетями предпочтительнее использовать симметричные схемы, так как в этом случае скорость прямой и обратной передачи одинакова и составляет примерно 10 Мбит/с. Ныне выпускаются модемы, способные передавать информацию со скоростью до 30 Мбит/с и более.
Количество проводов, используемых для домашних ПК и электроники, постоянно растёт. По оценке специалистов в 150-метровой квартире прокладывается до 3 км различных кабелей. В 1990-е годы решить эту проблему предложила британская компания UnitedUtilities, разработав технологию Digital Power Line (DPL). Она предложила использовать обычные силовые электрические сети в качестве сетей или среды высокоскоростной передаче данных, осуществив передачу голоса и пакетов данных по простым электрическим сетям напряжением 120/220 В.
Наибольших успехов в данной области добилась израильская компания Main.net, разработавшая технологию Powerline Communications (PLC), обеспечивающую передачу данных и голоса (VoIP) со скоростью от 2 до 10 Мбит/с. При этом высокоскоростной поток данных разбивался на несколько низкоскоростных, передававшихся на отдельных поднесущих частотах с последующим их объединением в один сигнал (частотное разделение сигнала).
PLC-технология подходит для низкоскоростной передачи данных (домашняя автоматика, бытовые устройства и т.п.), доступа в Интернет со скоростью менее 1 Мбит/с, для приложений, требующих высокоскоростного соединения (видео по запросу, видеоконференц-связи и т.п.). При этом питающие здание электрические кабели служат «последней милей», а электропроводка внутри здания – «последним дюймом» для передачи данных.
При небольшом расстоянии между промежуточной приемопередающей точкой (трансформаторной подстанцией) и зданием скорость передачи доходи до 4,5 Мбит/с. PLC-технология может использоваться при создании локальной сети в небольшом офисе или жилом доме, так как минимальная скорость передачи позволяет покрывать расстояние до 200–300 м. Такая технология обеспечивает реализацию услуг дистанционного мониторинга, охраны жилища, управления его режимами, ресурсами и т.п., составляющих концепцию интеллектуального дома. Ожидается, что с её помощью станет возможным организовать прямой доступ в Интернет.
3. Оптоволоконный кабель состоит из кварцевого сердечника диаметром 10 мкм (микрон), окружённого отражающей защитной оболочкой с внешним диаметром 125–200 мкм. Передача информации осуществляется преобразованием электрических сигналов в световые с помощью, например, светодиода. Кодирование информации производится изменением интенсивности светового потока. При передаче информации отражённый от стенок волокна луч приходит на приёмный конец с минимальным затуханием. Такой кабель обеспечивает полную защиту от воздействия внешних электромагнитных полей и высокую скорость передачи данных (до 1000 Мбит/с). Он позволяет одновременно организовать работу нескольких сотен тысяч телефонных, нескольких тысяч видеотелефонных и около тысячи телевизионных каналов. Волоконно-оптические кабели сложны для несанкционированного подключения, пожаробезопасны, но достаточно дороги и требуют устройств преобразования световых сигналов в электрические (лазеры) и наоборот. Такие кабели используются, как правило, при прокладке магистральных линий связи (ВОЛС). Уникальные свойства кабеля позволяют использовать его для организации сетей Интернет.
Каналы связи бывают коммутируемые (создаются лишь на время проведения сеанса передачи информации, например, телефонные) и некоммутируемые (выделяются абоненту на продолжительный период времени и не зависят от времени передачи данных – выделенные).
Беспроводные каналы связи
Выделяют три основных типа беспроводных сетей :
1) радиосети свободного радиочастотного диапазона (сигнал передаётся сразу по нескольким частотам);
2) микроволновые (дальняя и спутниковая связь), 3) инфракрасные (лазерные, передаваемые когерентными пучками света). Последние являются высокопроизводительными (высокоскоростными) системами. Их широкое применение порой ограничивается из-за невысокой устойчивости к таким природным явлениям как дождь и туман. Предел дальности такой связи равен 5 км, устойчивой связи – 1–1,5 км. По способу организации используются системы одночастотной, двухчастотной и многочастотной радиосвязи. Обычно одночастотная связь применяется в режиме радиальной радиосвязи, то есть предоставляет возможность всем абонентам сети слышать вызывающего абонента и отвечать ему ( симплексный режим ). Для организации прямой связи между двумя удалёнными абонентами используется также одноканальная двухчастотная ( полудуплексная ) радиосвязь – двухчастотный симплекс , то есть на одной частоте осуществляется передача, а на другой – приём сообщений.Многоканальные системы полудуплексной радиосвязи формируются на основе транковых и радиорелейных систем.
Транкинговая (англ. «trunking ») или транковая ( англ. « trunked » ) связь – (ствол, канал связи) означает соединительную линию, организуемую между двумя станциями или узлами сети и предназначенную для организации 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 (ПМР) с автоматическим распределением ограниченного количества свободных каналов среди большого числа подвижных абонентов, позволяющая эффективно использовать частотные каналы, существенно повышая пропускную способность системы.
Радиорелейная связь образуется путём строительства протяжённых линий с приёмо-передающими 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.
Рассмотрим особенности видов связи.
Телефонная связь – самый распространённый вид оперативно-управленческой связи. Официально она появилась 14 февраля 1876 года, когда А. Белл (Александр Грейам, 1847–1922, США) зарегистрировал изобретение первого телефонного аппарата. Спустя два часа другой изобретатель Иоайш Грей подал заявку на аналогичный аппарат. Первая телефонная станция появилась также в США (Нью-Хейвен) в 1878 году.
Принцип телефонной связи заключается в следующем. Телефонный микрофон, в который говорит абонент, преобразует колебания звука в аналоговый электрический сигнал. Сигнал передаётся по линиям связи на телефонный аппарат абонента, принимающего голосовую информацию, с помощью индуктивных катушек и мембраны, расположенных в телефонной трубке. Этот сигнал преобразуется в колебания звука. Диапазон передаваемых частот по отечественным телефонным каналам – 300 Гц–3,4 кГц.
Телефонная связь представляет разветвлённую структуру, объединяющую аппараты абонентов с ближайшими автоматическими телефонными станциями (АТС), которые соединяются между собой в единую телефонную сеть . Любой аппарат абонента соединяется абонентской линией с ближайшей АТС, удаленной от него на расстояние до 10 км. На телефонной станции производится подключение телефонных каналов абонентских и соединительных линий (между АТС) на время телефонных переговоров и их разъединение по окончании переговоров.
Широкое применение в организациях находят офисные телефонные системы (УАТС, ОАТС, ЭУАТС и др.).
Спутниковая связь образуется между специальными наземными станциями спутниковой связи и спутником с антеннами и приёмо-передающим оборудованием. Она позволяет охватывать территории со слабо развитой инфраструктурой связи, расширить сферу и набор услуг, в т.ч. мультимедийных, радионавигационных и др. Принцип работы систем спутниковой связи (ССС) заключается в том, что от абонента сигнал поступает (в т.ч. по радиоканалу), как правило, на ближайшую наземную станцию, которая переадресовывает его на станцию спутниковой связи. Оттуда этот сигнал с помощью мощной антенны отправляется на спутник. К абоненту сигнал поступает аналогично, в обратном порядке.
Спутники располагаются на одной из трёх орбит.
- Спутник, расположенный на геостационарной орбите (GeostationaryEarthOrbit, GEO), находится на высоте 36 тыс. км и является неподвижным для наблюдателя. Он способен охватывать значительные области (территории) планеты.
- Средние орбиты (MeanEarthOrbit, MEO) обитания спутников характеризуются высотой 5–15 тыс. км. - На низких орбитах (LowEarthOrbit, LEO) высота размещения спутников не превышает 1,5 тыс. км. В этом случае они охватывают небольшие, локальные территории.Станции спутниковой связи (ССС) делятся на: стационарные, переносные ( перевозимые ) и портативные .
Они обеспечивают:
1) телевидение и радиовещание для коллективных и индивидуальных пользователей; 2) национальные и цифровые телефонные сети связи; 3) поддержку системы коммерческой связи SMS (SatelliteMultiservicesSystem) для высокоскоростной передачи данных, проведения видеоконференций и межкомпьютерного обмена информацией; 4) предоставление связи наземным подвижным объектам и др.Персональная спутниковая радиосвязь или спутниковая индивидуальная связь ориентирована на использовании систем персональной спутниковой связи (СПСС). Портативные станции спутниковой связи вместе с антенной умещаются в кейсе и имеют массу до 8,5 кг.
Современные средства связи всё больше ориентируются на обеспечение передачи различных видов данных. Для этого создаются сети передачи данных, использующие специальные каналы связи и методы передачи данных, предоставляющие пользователям различные виды передачи данных.
