СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Простейшая модель системы передачи данных. Основные задачи передачи информации

Передача информации предполагает ее доставку от источника к получателю, которые разделены в пространстве или во времени (длительное хранение), по различным линиям связи либо обмен данными между двумя сторонами. Например, доставка курьером результатов тестироваиия в Москву, передача данных между рабочей станцией и сервером через общедоступную телефонную сеть или обмен речевыми сигналами между двумя телефонами через ту же самую сеть.

С практической точки зрения информация представляется в виде сообщения и передается от источника к получателю в материально- энергетической форме: либо с помощью таких носителей, как бумага, магнитная лента, магнитный или лазерный диски, либо с помощью некоторого физического процесса (ток, звуковые или электромагнитные волны), который в этом случае называют сигналом.

Сигнал, под которым далее будем понимать электрический сигнал, является, по сути, формой представления сообщения для передачи по системам связи. Таким образом, сигнал — это материальный носитель сообщения, представляющий собой физический процесс, отражающий данное сообщение путем изменения какого-либо параметра (амплитуды, фазы, частоты и др.).

Передача сообщений может быть реализована различными способами:

  • ? непосредственно (личный контакт);
  • ? путем доставки информационных документов курьером или по почте;
  • ? с использованием систем автоматизированной передачи информации.

Достоинствами ручных способов передачи информации являются:

  • ? минимальные капитальные затраты;
  • ? высокая достоверность;
  • ? конфиденциальность и др.

Основной их недостаток — низкая скорость передачи.

Сегодня невозможно представить обмен информацией между абонентами без использования современной индустрии компьютерной передачи данных, без интегрированных систем, выполняющих передачу и обработку всех типов данных и информации, что позволяет легко и единообразно получать доступ практически ко всем источникам данных и информации во всем мире. Под данными здесь будем понимать информацию, представленную в цифровой форме.

Совокупность технических средств, служащих для передачи информации на расстояние, называют системой передачи информации или системой передачи данных. Простейшая модель такой системы представлена блок-схемой на рис. 3.32.

Простейшая модель системы передачи данных

Рис. 3.32. Простейшая модель системы передачи данных: а — общая блок-схема; б — пример

Рассмотрим основные элементы модели.

Источник генерирует данные, требующие передачи. Примером источника являются телефон, персональный компьютер.

С источником информации связано определенное множество сообщений А = {а,, а2, ..., а„}. Генерация некоторого сообщения щзаключается в случайном выборе его из множества возможных. Какое это будет сообщение конкретно, получателю заранее неизвестно. Известно лишь, что оно принадлежит определенному множеству, т.е. aj е А,

i = 1, п, где А может быть:

  • ? конечным множеством символов;
  • ? конечным набором детерминированных функций времени;
  • ? бесконечным множеством значений некоторой непрерывной физической величины (температуры, давления и др.).

Сообщение, принадлежащее конечному множеству возможных значений, называется дискретным, а выбираемое из бесконечного множества — непрерывным.

Передатчик. Как правило, сообщения (данные) генерируются источником и не передаются непосредственно в той форме, в которой они были созданы. Для передачи сообщения его преобразуют в электромагнитный сигнал, который можно передать через конкретную передающую систему. Такое преобразование предполагает три этапа:

  • ? преобразование формы;
  • ? модуляцию;
  • ? кодирование.

Это преобразование выполняет передатчик. Например, модем принимает от персонального компьютера цифровой поток двоичных сигналов (рис. 3.32, б) и преобразует его в аналоговый сигнал, который может обрабатываться телефонной сетью (ТЛС).

Передающая система — простая линия связи или сложная сеть (см. рис. 3.59), соединяющая источник информации с адресатом.

Приемник — устройство, получающее сигнал с выхода передающей системы и преобразующее его в форму, пригодную для обработки адресатом. Например, модем получает из ТЛС аналоговый сигнал и преобразует его в цифровой (рис. 3.32, б).

Адресат получает от приемника поступающие данные.

Пример реализации простой модели системы передачи данных

Рис. 3.33. Пример реализации простой модели системы передачи данных

В качестве простого примера системы передачи данных рассмотрим систему измерения уровня бензина в баке автомобиля (рис. 3.33). Источником информации является бензобак с поплавковым датчиком — первичным преобразователем (ПП). Входная информация — сообщение а об уровне Н бензина в баке является аналоговой неэлектрической величиной. Для передачи сообщения адресату (водителю) перемещение поплавка преобразуется во входной сигнал g(t) — напряжение, пропорциональное величине уровня Н, который без изменения, т.е. сигналы g(t) и x(t) идентичны, передается по проводам на приемник — прибор, проградуированный в относительных единицах и отображающий выходную информацию а1 в виде

где Н — уровень бензина в баке;

к — коэффициент пропорциональности.

Другим примером такой модели (см. рис. 3.32, а), позволяющим лучше понять процессы, связанные с передачей данных от одного ПК к другому, является электронная почта. Пользователь ПК для передачи текстового сообщения a(t) другому пользователю запускает на компьютере программу электронной почты и вводит с клавиатуры сообщение. Строка символов попадает в буфер оперативной памяти, где представляется в виде последовательности битов g. ПК соединяется с передающей средой — телефонной линией связи (ТЛС) через модем, на который входные данные приходят по какой-либо шине или кабелю в виде последовательности перепадов напряжения g(t), представляющих биты.

Изначально телефонная сеть была разработана для получения, коммутации и передачи аналоговых сигналов речевого диапазона частот (« 30—3400 Гц) и неприменима для оперирования с цифровыми сигналами, поэтому цифровые устройства присоединяются к сети с помощью модема (модулятора-демодулятора), преобразующего цифровые данные в аналоговые сигналы, и наоборот. Модулятор преобразует входящий поток g(t) в сигнал x(t), пригодный для передачи по ТЛС. В процессе передачи сигнала x(t) через передающую среду происходят некоторые его искажения в результате действия различных помех. Поэтому полученный на выходе ТЛС сигнал x'(t) может отличаться от сигнала x(t). На основе сигнала x'(t) и знаний о передающей среде приемник пытается восстановить исходный сигнал x(t), в результате чего получается последовательность бит g*(t). Затем эти данные предоставляются адресату через устройство вывода (принтер, экран) в виде сообщения a’(t), являющегося точной копией сообщения а.

В примере с телефонным разговором (см. рис. 3.32) входными данными является сообщение а в форме звуковых волн, которые преобразуются телефоном в электрические сигналы некоторой частоты, а затем без изменения передаются по телефонной линии. Следовательно, входной g(t) и передаваемый x(t) сигналы идентичны. В результате действия помех при передаче через ТЛС полученный на ее выходе сигнал x'(t) будет отличаться от x(t). Однако, несмотря на это, сигнал x'(t) преобразуется в форму звуковых волн без какой-либо коррекции и улучшения качества. Таким образом, выходное сообщение а1 не является точной копией входного сообщения а, но для абонента, принимающего это звуковое сообщение, оно, как правило, понятно.

Рассмотренная модель и простые примеры, конечно, не позволяют представить всей сложности технической реализации системы передачи данных и круг задач, решаемых ею, а именно:

  • ? эффективное совместное использование возможностей средств связи, как правило, несколькими сообщающимися устройствами (распределение передачи между разными пользователями, управление нагрузкой каналов и др.);
  • ? генерирование сигнала, форма и интенсивность которого должны обеспечивать его прохождение через передающую среду и давать возможность приемнику интерпретировать сигнал как данные;
  • ? синхронизация между передатчиком и приемником. Приемник должен иметь возможность определять начало и конец передачи сигнала, к тому же ему должна быть известна длительность каждого элемента сигнала;
  • ? управление информационным обменом. При обмене данными между двумя сторонами необходимо оговаривать: режим обмена (работают устройства одновременно или по очереди), объем данных, который можно передавать за один раз, формат данных, перечень действий при возникновении ошибки, обеспечение гарантии, что источник не будет поставлять адресату данные быстрее, чем последний сможет их принять и обработать;
  • ? адресация и маршрутизация. В случае если средство связи используется больше чем двумя устройствами, то источник должен указать на конкретно планируемого адресата. Передающая система должна гарантировать, что передаваемые данные получит адресат и только он. Кроме того, передающая система сама может быть сетью, в которой существуют различные пути передачи данных. Следовательно, необходимо выбрать определенный маршрут через эту сеть.

Из этого неполного перечня задач можно понять, что между простой идеей передачи данных от источника к адресату и ее реализацией лежит большой круг технических проблем, основными из которых являются:

  • ? поведение информационных сигналов, распространяемых в передающей среде (затухание, амплитудные искажения, искажения от задержки и др.);
  • ? различия между цифровыми и аналоговыми сигналами, а также между цифровой и аналоговой передачами;
  • ? передающие среды и их характерные особенности;
  • ? способы представления аналоговых и цифровых данных;
  • ? основные характеристики систем передачи данных (ширина полосы, скорость передачи данных, пропускная способность и др.).
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >