Nets2010 (1131259), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Рисунок 2-24. Соединение типа «пассивная звезда»

Сравнение возможностей медного кабеля и оптоволокна

В заключение сравним возможности медного кабеля и оптоволокна:

1. Ширина полосы пропускания у оптоволокна несравненно больше, чем у медного кабеля, что позволяет достичь скорости в сотни Гбит/сек на расстояниях в десятки километров. Напомним, что коаксиал дает скорость максимум в несколько сотен Мбит/сек. примерно на 1 километре. Витая пара дает несколько Мбит/сек. на 1 километр и из нее можно выжать до 1 Гбит/сек. на расстоянии до 100 м.

1. Оптоволокно компактнее и меньше весит. При той же пропускной способности коаксиальный кабель и кабель из витых пар существенно тяжелее оптоволокна. Это существенный фактор, влияющий на стоимость и требования к опорным конструкциям. Например, 1 км 1000-парника весит 8 тонн, а оптоволокно аналогичной пропускной способности – 100 кг.

1. Затухание сигнала в оптоволокне существенно меньше, чем в коаксиале и витой паре, и остается постоянным для широкого диапазона частот.

1. Оптоволокно не восприимчиво к внешним электромагнитным излучениям. Поэтому ему не страшны интерференция, импульсные шумы и взаимные наводки. Оптоволокно не излучает энергию, поэтому не влияет на работу другого оборудования. Его трудно обнаружить, следовательно найти и повредить.

1. Чем меньше репитеров, тем дешевле система и меньше источников ошибок. С этой точки зрения оптоволоконные системы достигли большего совершенства. Для этих систем среднее расстояние между репитерами – сотни километров. Для коаксиала или витой пары тот же показатель равен нескольким километрам.

В таблице 2-25 приведены основные характеристики витой пары, коаксиала и оптоволокна.

Таблица 2-25. Сравнение характеристик витой пары, коаксиала и оптоволокна

18. Беспроводная связь (электромагнитный спектр, радиопередача, микроволновая передача, видимое излучение). TDMA, FDMA, CDMA - методы множественного доступа к беспроводному каналу.

Беспроводная связь востребована не только при мобильных вычислительных средствах, но и там, где прокладка любого кабеля затруднительна, либо невозможна (горы, старые здания), либо где требуется быстрое создание коммуникации. Это особенно актуально для нашей страны, где почти 2/3 территории приходится на зону вечной мерзлоты и горы.

Электромагнитный спектр.

Как известно, электроны при движении образуют электромагнитные колебания. Если к источнику электромагнитных волн подключить антенну соответствующего размера, то волны будут распространяться и регистрироваться приемниками. Длина антенны, как у приемника, так и у передатчика, и длина излучаемой/принимаемой ею волны связаны определенными соотношениями. Например, длина антенны приемника не может быть короче половины длины принимаемой ею волны.

При определенных условиях волны будут распространяться в строго определенном направлении. В этом случае антенна приемника должна быть должным образом ориентирована в пространстве по отношению к антенне передатчика, чтобы принимать сигналы. При других условиях антенна передатчика распространяет электромагнитные волны во всех направлениях.

В вакууме электромагнитная волна распространяется со скоростью света (С=3х10⁸ м/сек.). В медном проводнике эта скорость составляет 2/3 от скорости в вакууме. Будем обозначать ƒ - частоту, а λ - длину волны. Фундаментальное соотношение, соединяющее ƒ, С и λ, таково: ƒ•λ=С (2-1).

Поскольку С - константа, зная λ, мы знаем ƒ, и наоборот. Напомним, что длина волны определяет размер и геометрию антенны.

Для передачи информации из всего этого спектра используется только следующие диапазоны: радио, микроволновый, инфракрасный, видимый и, частично, ультрафиолетовый. Диапазоны рентгеновского излучения, гамма-излучения и большая часть ультрафиолетового, хотя и имеют большие частоты, а потому и более предпочтительны для передачи, однако требуют сложной аппаратуры для генерации и модуляции, плохо преодолевают препятствия и, что самое главное, опасны для живой материи.

Количество данных, передаваемых электромагнитной волной, определяется ее шириной, т.е. спектром частот гармоник, составляющих эту волну. При определенных условиях на низких частотах можно закодировать несколько бит на 1 Гц, но на высоких частотах можно «выжать» до 40 бит. Поэтому по кабелю с полосой пропускания 500 МГц можно передавать данные со скоростью несколько Гбит в секунду. Учитывая широкую полосу пропускания оптоволоконного кабеля, становится ясно, почему оптоволокно столь привлекательно для сетей ЭВМ.

Рассмотрим уравнение 2-1. Разрешив его относительно ƒ и продифференцировав по λ, получим:

(2-2)

Переписав уравнение 2-2 в разностной форме, получим:

(2-3)

Задав некоторую полосу длин волн, мы получим полосу частот, откуда получим скорость передачи для этой полосы частот. Из формулы, связывающей ширину полосы пропускания и битовую скорость передачи, следует, что чем шире полоса, тем выше битовая скорость.

На практике чаще всего используются узко-частотные полосы (Δƒ/ƒ<<1). В дальнейшем, рассматривая использование отмеченных выше частей электромагнитного спектра, мы будем предполагать именно узко-частотную передачу. В противоположность такой передаче используется, особенно военными и спецслужбами, так называемая широко-частотная передача. Идея ее состоит в том, что при передаче частота несущей волны меняется по определенному закону в диапазоне полосы. Перехватить такую передачу можно, только если известен закон изменения частоты несущей.

Радиопередача.

Радиоволны распространяются на большие расстояния, легко преодолевают преграды, техника их генерации и приема хорошо изучена, есть много специалистов по ее применению. Поэтому они широко используются для связи как вне, так внутри помещений. Поскольку радиоволны распространяются во всех направлениях, то принимающая и передающая антенны не требуют дополнительной настройки и взаимного расположения. Однако свойство радиоволн распространяться во всех направлениях не всегда оказывается полезным.

Свойства радиоволн зависят от их частоты. На низких частотах, т.е. длинных волнах, они прекрасно преодолевают препятствия, но мощность сигнала падает пропорционально 1/r3 , где r - расстояние до источника.

На высоких частотах радиоволны распространяются по прямой, но хуже преодолевают препятствия. Для некоторых частот помехой становится даже дождь. На всех частотах радиоволны чувствительны к помехам от электрических устройств. В силу перечисленных выше свойств лицензирование, т.е. право на использование частот в радиодиапазоне, находится под жестким контролем государства.

Короткие волны хотя и поглощаются земной поверхностью, но за счет отражения от ионосферы также могут распространяться на большие расстояния.

Микроволновая передача.

При частоте выше 10 МГц мы попадаем в область микроволнового диапазона. Волны в этом диапазоне распространяются в строго определенном направлении и могут быть сфокусированы с помощью параболической антенны, имеющей вид телевизионной тарелки. Однако приемная и передающая антенны должны быть тщательно ориентированы в пространстве по отношению друг к другу. Такая направленность позволяет строить цепочку ретрансляторов и таким образом передавать сигнал на большие расстояния. До появления оптоволокна радиорелейная связь составляла основу телефонных систем на больших расстояниях. На определенном расстоянии друг от друга ставили башни с ретрансляторами. Высота башни зависела от расстояния и мощности передатчика. Обычно 100-метровая башня покрывает расстояние в 80 км.

Микроволны не проходят сквозь здания так же хорошо, как низкочастотные волны. Кроме этого, из-за рефракции в нижних слоях атмосфер они могут отклоняться от прямого направления. При этом увеличивается задержка, нарушается передача. Передача на этих частотах зависит также и от погоды. Как уже не раз отмечалось, при повышении влажности (дождь, туман и т.п.) ширина полосы резко сужается, растет шум, сигнал рассеивается. Обычно операторы держат определенный частотный резерв (около 10% каналов) на случай подобных нарушений и при необходимости переключаются на резервные частоты, чтобы обойти зону осадков.

Стремление увеличить пропускную способность канала заставляет использовать все более и более высокие частоты. Сегодня частота 10 ГГц - обычное дело. Однако здесь возникает серьезная проблема: начиная с частоты 8 ГГц волны поглощаются водой и, в частности, дождем. Единственный выход из положения - изменить маршрут передачи и обойти область дождя.

На сегодня микроволновый диапазон широко используется в телефонии, сотовой телефонии, телевидении и других приложениях. Одно из главных достоинств микроволнового диапазона - не надо ничего прокладывать. Достаточно получить права на небольшую площадку земли (сотню квадратных метров) установить башню-ретранслятор, и так через каждые 50 км. Такая технология особенно оправдана в условиях гор, труднопроходимой местности, где прокладка кабеля затруднена. Это справедливо и в городе, где земля дорогая, а коммуникации прокладывать очень сложно.

Есть несколько частотных полос, в диапазоне 2400-2484 ГГц, например, инфракрасные волны, которые можно использовать свободно без специального разрешения. В этих диапазонах работают микроволновые печи, радиотелефоны, радиоуправляемые двери и т.п. Эти частоты также используются для сетевых целей на небольших расстояниях. Однако в разных странах могут быть и дополнительные диапазоны.

Инфракрасные и миллиметровые волны.

Инфракрасное излучение и излучение в миллиметровом диапазоне используется на небольших расстояниях в блоках дистанционного управления. Основной недостаток излучения в этом диапазоне - оно не проходит через преграду. Для инфракрасного излучения лист бумаги – непреодолимое препятствие.

Этот недостаток одновременно является преимуществом, когда излучение в одной комнате не интерферирует с излучением в другой. На эту частоту не надо получать разрешения. Это прекрасный канал для передачи данных внутри помещений на небольших расстояниях.

Видимое излучение.

Видимый диапазон также используется для передачи. Обычно источником света является лазер. Монохромное когерентное излучение легко фокусируется. Однако дождь или туман портят дело. Передачу способны испортить даже конвекционные потоки на крыше, возникающие в жаркий день. Они вызывают дрожание луча вокруг приемника, что ухудшает качество передачи.

FDM

Разделение частот по-прежнему остается одной из наиболее часто используемых техник распределения канала с множественным доступом. Канал с шириной полосы в 36 МГц может быть разбит на примерно 500 полос по 64 кГц каждая. Несмотря на простоту, техника FDM имеет недостатки. Основной из которых – не вся ширина 500 полос может быть использована. С целью изолирования полос друг от друга часть частот на границе полос уходит на изоляцию каналов друг от друга. В результате значительная часть полосы пропускания уходит на эти цели.

Второй недостаток – контроль мощности станции. Если станция излучает слишком мощный сигнал, то часть мощности приходится на пограничные частоты между каналами, что приводит к нежелательным искажениям в соседних каналах. Наконец, FDM – это аналоговая техника, и программные методы обработки и управления к ней не применимы.

Если число станций невелико и все они генерируют стабильно высокую нагрузку, то может быть применен статический подход к распределению FDM-канала. В противном случае нужен динамический подход. Такой подход был разработан – SPADE, он применяется на спутниках системы Intelsat. Полоса транспондера разбивается на 794 симплексных аналоговых каналов по 64 К плюс один 128 К - общий для управления. Каналы разбиваются на пары, образуя полный дуплексный канал. В результате транспондер может передавать данные со скоростью 50 Мбит/сек. и принимать с такой же скоростью.

Общий 128К-канал разбивается с помощью техники TDM на слоты. За каждой наземной станцией (их не более 50) закрепляется свой слот. Когда станция готова к передаче, она через свой слот сообщает об этом и захватывает один из 397 каналов данных. Если при захвате произойдет коллизия, то станция ждет и в следующем цикле пытается опять получить канал. Закончив передачу, она с помощью управляющего канала освобождает захваченный ею канал данных.

TDM

Подобно FDM, техника TDM давно используется и хорошо освоена. Ее применение требует временной синхронизации для разбиения на слоты, что обычно обеспечивает специально выделенная станция.

Для небольшого и постоянного числа станций возможно использование техники статического распределения слотов. В случае переменного числа станций или переменной нагрузке от станций нужна динамическая схема распределения. Динамические схемы бывают централизованные и децентрализованные.

В качестве примера централизованной схемы рассмотрим систему ACTS (Advanced Communication Technology Satellite), которая была предложена в 1972 году для системы из нескольких десятков станций. Спутник имел четыре канала 110 Мбит/сек. - два на прием и два на передачу. У каждого канала был кадр 1 мсек., состоявший из 1728 слотов по 64 бит каждый, способных обеспечить голосовой канал 64 Кбит/сек. Чтобы при передвижении луча по поверхности земли временные слоты каналов использовались максимально, управление слотами выполняет специально выделенная главная станция управления. Каждая наземная станция получает при необходимости слот, запрашивая его у ГСУ. Для этого у нее есть специальный канал, доступный всем наземным станциям, за который между станциями нет конкуренции, - он статически разделен между ними. Схема работы ACTS состоит из трех этапов. На первом спутник принимает 1728-слотовой кадр, на этапе 2 эти 1728 слотов перераспределяются в нужном порядке из входного буфера в выходной, на этапе 3 выходной буфер сбрасывается на землю.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)