Основные понятия по передаче информации

Информация это совокупность сведений об окружающем нас мире. Эти сведения человек получает в процессе взаимодействия с окружающим миром, изучения различных явлений посредством книг, радио, телевидения и других средств общения. Всякий обмен информацией предполагает тот или иной язык, знаки которого и правила применения получателю и отправителю информации. Совокупность знаков содержащих некоторую информацию называют сообщением. Материальными носителями сообщений и следовательно информации может быть магнитная лента или диск с записями, бумага с текстом, механические колебания некоторой среды, колебания эл. тока и напряжения, электромагнитные волны, оптическое излучение и т.д. Все возможные носители сообщений называют сигналами в широком смысле.

Наиболее употребимыми сигналами являются колебания эл. тока и напряжения, э.м. волны и механические колебания упругой среды несущие сообщения. Если информация от некоторого источника воспринимается непосредственно органами чувств человека, то говорят о непосредственной передаче сообщения. Если же информация не может быть непосредственно воспринята органами чувств человека, то прибегают к преобразованию сообщения в некоторые сигналы. Таким образом, сигнал – это некоторый физический процесс, однозначно отображающий информацию и пригодный для передачи ее на расстояние. Общим свойством любых сигналов является информативность, которая определяется степенью новизны сообщения. Сигналы не несущие получателю новой информации не обладают для него информативностью.

Наибольшую информацию человек получает посредством зрения и слуха. Поэтому широко распространена передача информация с помощью световых и звуковых сигналов. Такие методы передачи информации называют прямыми. Однако эти методы обладают ограниченными возможностями из-за рассеяния и поглощения энергии световых и звуковых колебаний в пространстве и ограниченной чувствительностью органов чувств человека. Для передачи информации на большие расстояния применяются электрические и электромагнитные сигналы.

Классификация систем связи

По физической природе сигнала системы связи подразделяются на: 1) акустические 2) электрические 3) электромагнитные 4) оптические

По технической реализации системы связи подразделяются на: 1) телефонные 2) телеграфные 3) радиотехнические 4) телевизионные 5) спутниковые 6) волоконно-оптические 7) компьютерные 8) факсимильные

По направленности потока информации они могут быть: 1) односторонними 2) двусторонними 3) разветвленной сетью

По виду использования линий связи системы связи делятся на: 1) проводные 2) кабельные 3) радиоволновые 4) волоконно-оптические

По способу обработки информации системы связи делятся на: 1) аналоговые 2) цифровые

Радиосвязь Радиоволновой диапазон и его классификация

В основе радиосвязи лежит использование для передачи информации э.м. волн (ЭМВ) свободно распространяющихся в пространстве. Скорость распространения ЭМВ обеспечивает практически мгновенную передачу различных сообщений на большие расстояния. Из всего спектра ЭМВ в радиосвязи используются э.м. волны частоты которых лежат в пределах от 3·10 3 до 3*10 12 Гц. Если изобретатель радиосвязи Попов использовал радиоволны с λ=200-500м, то сейчас используется и оптический диапазон э.м. колебаний. Официально к радиоволнам относят э.м. волны с λ>5*10 -5 , т.е. с частотой ν<6*10 12 Гц. Под длиной волны понимают расстояние, проходимое волной за один период колебания: λ=c*T=c/f, где c=3*10 8 м/c - скорость распространения э.м. волны. Согласно международному регламенту связи радиоволны разделены на 12 диапазонов. Столбцы в таблице – 1) f, Гц 2) λ, м 3) нумерация и наименование радиодиапазонов (международный регламент) 4) наименование частот (международный регламент) 5) Внерегламентные термины. Данные таблицы: 1-ая строка:

1) 3 2) 10 8 3) 1 декаметровый 4) крайне низкие (КНЧ) 5) сверхдлинные волны (СДВ) 2-ая строка: 1) 30 2) 10**7 3) 2 мегаметровый 4) сверхнизкие (СНЧ) 5) СДВ. 3-ая строка: 1) 300 2) 10**6 3) 3 Гектометровый 4) Инфранизкие (ИНЧ) 5) СДВ 4-ая строка: 1) 3*10**3 2) 10**5 3) 4 мериаметровый 4) очень низкие (ОНЧ) 5) СДВ 5-ая строка: 1) 3*10**4 2) 10**4 3) 5 километровый 4) низкие (НЧ) 5) длинные 6-ая строка: 1) 3*10**5 2) 10**3 3) 6 гектометровый 4) средние (СЧ) 5) средние (СВ) 7-ая строка: 1) 3*10**6 2) 10**2 3) 7 Гектометровый 4) высокие (ВЧ) 5) короткие (КВ) 8-ая строка: 1) 3*10**7 2) 10 3) 8 метровый 4) очень высокие (ОВЧ) 5) УКВ 9-ая строка: 1) 3*10**8 2) 1 3) 9 дециметровый 4) ультравысокие (УВЧ) 5) УКВ 10-ая строка: 1) 3*10**9 2) 10**-1 3) 10 сантиметровый 4) сверхвысокие (СВЧ) 5) УКВ 11-ая строка: 1) 3*10**10 2) 10**-2 3) 11 миллиметровый 4) крайневысокие (КВЧ) 5) УКВ 12-ая строка: 1) 3*10**11 2) 10**-3 3) 12 дециметровый 4) гипервысокие (ГВЧ) 5) субмиллиметровые волны 13-ая строка: 1) 3*10**12 2) 10**-4 3) Инфракрасные лучи 14-ая строка: 1) 3*10**13 2) 10**-5 3) инфракрасные лучи 15-ая строка: 1) 3*10**14 2) 10**-6 3) видимые лучи 16-ая строка: 1) 3*10**15 2) 10**-7 3) видимые и ультрафиолетовые лучи 17-ая строка: 1) 3*10**16 2) 10**-8 3) рентгеновские лучи 18-ая строка: 1) 3*10**17 2) 10**-9 3) рентгеновские лучи 19-ая строка: 1) 3*10**-18 2) 10**-10 3) рентгеновские лучи.

Деление радиоволн производится с учетом особенности получения и условий их распространения над земной поверхностью. Надо помнить, нет резкой границы между свойствами радиоволн лежащих в смежных диапазонах. Излучение и прием ЭМВ производится с помощью передающей и приемной антенн. В простейшем случае возбуждение радиоволн осуществляется в передающей антенне при протекании в ней тока высокой частоты. i A =I m *cos(ωt-φ). Γде I m - амплитуда тока; ω=2πf – частота колебаний; t – время; φ – нач. фаза.

При протекании такого тока в антенне происходит преобразование энергии колебания высокой частоты в энергию возбуждаемых в пространстве ЭМВ. Эффективность такого преобразования зависит от частоты питающего тока. Излучаемая мощность тем больше чем выше частота тока в антенне. Э.м. колебания оптического диапазона малой мощности возбуждается светодиодами, а средней и большей мощности с помощью оптических квантовых генераторов (лазеров).

Дайте формулировку, что такое информационно-коммуникационная система. Нарисуйте обобщенную структуру информационно-коммуникационная системы (ИКС) и дайте характеристику тем задачам, которые она должна решать.

Информационная система - это система обработки информации, включающая связанные с ней ресурсы, такие как людские, технические и финансовые, предназначенная для обеспечения информацией и распространения информации.

Информационной системой называется комплекс, включающий вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение, лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал и обеспечивающий поддержку динамической информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения информационных потребностей пользователей.

Информационная система, ИС (Information System - IS) - это система, предназначенная для реализации и ведения информационной модели какой-либо области человеческой деятельности.

Информационно-коммуникационная система – совокупность вычислительных средств и коммуникационного оборудования, предназначенного для обработки, хранения и передачи информации.

Обобщенная структура ИКС:

Обобщенная структурная схема информационной системы включает в себя следующие основные элементы:

Локальные сети;

Каналы и средства связи;

Узлы коммутации;

Серверы хранения и обработки информации;

Рабочие места операторов;

Рабочие места пользователей;

Абонентские терминалы.

Устройства ввода и отображения различной информации.

Классификация систем и сетей доступа. Дайте общую характеристику этим системам (назначение, скорость передачи информации и т.п.).

По способу обработки информации: цифровые, аналоговые.

По ширине полосы пропускания: узкополосные, широкополосные, сверхширокополосная.

По локализации абонентов: фиксированная, подвижная связь.

По географической протяженности: персональные, локальные, городские, глобальные.

По виду передаваемой информации: речь, данные, видео.

По прикладным задачам: системы связи, управления, мониторинга.

Технологии проводного абонентского доступа можно разбить на пять основных групп по критерию среды передачи и категориям пользователей:

LAN (Local Area Network) – группа технологий, предназначенных для предоставления корпоративным пользователям услуг доступа к ресурсам локальных вычислительных сетей и использующих в качестве среды передачи структурированные кабельные системы категорий 3, 4 и 5, коаксиальный кабель и оптоволоконный кабель.

DSL (Digital Subscriber Line) – группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям ТфОП услуг мультимедиа и использующих в качестве среды передачи существующую инфраструктуру ТфОП.

КТВ (кабельное телевидение) – группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям сетей КТВ мультимедийных услуг (за счет организации обратного канала) и использующих в качестве среды передачи оптоволоконный и коаксиальный кабели.

OAN (Optical Access Networks) – группа технологий, предназначенных для предоставления пользователям широкополосных услуг, линии доступа к мультимедийным услугам и использующих в качестве среды передачи оптоволоконный кабель.

СКД (сети коллективного доступа) – группа гибридных технологий для организации сетей доступа в многоквартирных домах; в качестве среды передачи используется существующая в домах инфраструктура ТфОП, радиотрансляционных сетей и сетей электропитания.

3. Какие организации решают вопросы стандартизации в области систем передачи информации. Что дает стандартизация в области систем связи?

Технология или решение + широкое внедрение на рынке = «стандарт»

Для принятия стандарта необходима некоторая критическая масса.

Кто разрабатывает стандарты?

Любой, кто обладает достаточными ресурсами (время, финансы, власть, авторитет и пр.), например:

Государство - ГОСТ-Р, ДСТУ и пр.

International of Electronic and Electrical Engineers (IEEE), ETSI

Society of Automotive Engineers (SAE)

Qualcomm (CDMA), Motorola (iDEN, TETRA, FLEX), Intel (PC architecture), Microsoft (OS), etc.

Чем хороши стандарты?

С рыночной точки зрения:

Обеспечение совместимости как отдельных продуктов, так и систем

За счет конкурентной борьбы снижаются цены

Стандартное решение редко бывает самым оптимальным

Основной целью стандартизации является обеспечение совместимости аппаратуры разных производителей в рамках единой сети связи. В области телекоммуникаций такой ведущей международной организацией по стандартизации является Сектор Стандартизации Телекоммуникаций Международного Союза Электросвязи (ITU – T).

ITU – T модемов хDSL имеют индекс “ G ”. Именно рекомендации этой серии стандартизуют практически все системы передачи, работающие по кабельным линиям связи.

Ведущими национальными организациями по разработке и внедрению телекоммуникационных стандартов в мире являются Американский Национальный Институт Стандартов (ANSI) и Eвропейский Институт Телекоммуникационных стандартов (ETSI).

Кроме трёх указанных организаций активно работают в области стандартизации технологий xDSL Форум ADSL (ADSLF) и Рабочая Группа Универсальной ADSL (UAWG).

4. Указать на основные преимущества (не менее пяти) цифровых систем связи по сравнению с аналоговыми системами. Представить аргументы, за счет чего достигаются эти преимущества?

Основные преимущества цифровых систем:

1) Высокое качество передачи информации (цифровой сигнал может принимать фиксированные значения. Например, если при аналоговой передаче данных сигналы слабого уровня больше подвержены помехам, то в цифровом виде уровень сигнала задается кодом и возможность ошибки при одинаковом шуме и виде модуляции зависит только от степени различия между уровнями символов, которыми передается код. При цифровой связи задача состоит лишь в различении фиксированных уровней. в аналоговой связи любое отклонение при приеме будет ошибкой. а цифровой сигнал, даже если и отклонился от изначального уровня, но это отклонение не достаточно велико, чтоб "угадать" (определить) символ, то он будет принят без ошибки).

2) Стабильность характеристик (в отличие от цифрового, аналоговый фильтр имеет дело с аналоговым сигналом, его свойства не дискретны, соответственно передаточная функция зависит от внутренних свойств составляющих его элементов.).

3) Высокая помехозащищенность (возможность применения помехоустойчивого кодирования).

4) Управление качеством передачи информации (возможность выбора скорости передачи в зависимости от качества канала. (количество позиций многоуровневого кода) большое количество позиций - больше скорость, но выше вероятность ошибки из-за уменьшения "расстояния" между позициями).

5) Экономичность (передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать оборудование на единых аппаратных платформах. Это позволяет резко снижать трудоемкость изготовления оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габариты. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается их надежность.).

5. Дайте характеристику ведомственным информационно-коммуникационным системам. Нарисовать обобщенную структуру системы Центра обслуживания вызовов службы «102» МВД и указать, какие задачи она решает?

Постоянно растущие требования к оперативности и точности реагирования в экстремальных ситуациях выдвигают новые концептуальные задачи по техническому оснащению служб общественной безопасности.

Появляется необходимость передачи больших объемов цифровой информации с места чрезвычайной ситуации, обеспечения оперативного доступа к базам данных, идентификации личности по отпечаткам пальцев, фото - и видеоматериалам и т.д. Узкополосные ведомственные системы передачи цифровой информации не могут полностью справиться с передачей больших объемов информации, что часто необходимо в экстремальных ситуациях.

Одним из новых направлений развития ведомственных телекоммуникационных сетей является создание центров обслуживания вызовов (ЦОВ), позволяющих повысить эффективность работы экстренных служб МВД Украины.

Структурная схема ВСС:

Основой станционного оборудования службы «102», является программно-аппаратный комплекс на основе IP-технологий (AVAYA), который предусматривает интеллектуальную маршрутизацию вызовов, поступающих в центр, распределенную архитектуру рабочих мест операторов и управление мультимедийными контактами по IP-сети.

Программно-аппаратный IP комплекс объединяет в себе сразу несколько устройств:

полнофункциональную телефонную станцию;

коммутатор/концентратор локальной сети;

маршрутизатор и межсетевой экран;

средства доступа к Интернет и поддержки VPN;

сервер приложений (call-centre, интеграция с CRM).

Задачи : с внедрением ЦОВ появляются новые возможности приема и обработки тревожных сообщений: прием и учет каждого звонка службы «102», обеспечение взаимодействия экстренных служб с населением и между собой, регистрация всей необходимой информации по происшествиям, а также незамедлительное оповещение соответствующих подразделений и служб.

6. Как решаются задачи защиты информации в ведомственных информационно-коммуникационных системах? Какие виды угроз информации в ИКС вы знаете?

Под угрозой безопасности данных будем понимать потенциально существующую возможность случайного или преднамеренного действия или бездействия, в результате которого может быть нарушена безопасность данных.

Пояснение - Все каналы утечки данных можно разделить на косвенные и прямые. Косвенные каналы не требуют непосредственного доступа к техническим средствам информационной системы. Прямые соответственно требуют доступа к аппаратному обеспечению и данным информационной системы.

Информационная безопасность - защищенность информации и поддерживающей инфраструктуры от случайных или преднамеренных воздействий естественного или искусственного характера, чреватых нанесением ущерба владельцам или пользователям информации.

Безопасность данных - такое состояние хранимых, обрабатываемых и принимаемых данных, при которых невозможно их случайное или преднамеренное получение, изменение или уничтожение.

Защита данных - совокупность целенаправленных действий и мероприятий по обеспечению безопасности данных.

Таким образом, защита данных есть процесс обеспечения безопасности данных, а безопасность - состояние данных, конечный результат процесса защиты. Защита данных осуществляется с использованием методов (способов) защиты.

Метод (способ) защиты данных - совокупность приемов и операций, реализующих функции защиты данных. Например, методы шифрования и паролирования. На основе методов защиты создаются средства защиты (например, устройства шифрации/дешифрации, программы анализа пароля, датчики охранной сигнализации и т.д.).

Система обеспечения безопасности данных (СОБД) - совокупность средств и механизмов защиты данных. Механизм защиты - совокупность средств защиты, функционирующих совместно для выполнения определенной задачи по защите информации.

7. Какие каналы утечки информации вы знаете и каковы основные причины их возникновения?

С учетом физической природы путей переноса информации технические каналы утечки можно классифицировать на следующие группы:

Электромагнитные;

Визуально-оптические;

Виброакустические;

Материально-вещественные (бумага, фото, магнитные носители

Применительно к автоматизированным системам (АС) выделяют следующие каналы утечки:

Электромагнитный канал.

Причиной его возникновения является электромагнитное поле, связанное с протеканием электрического тока в аппаратных компонентах АС.

Электромагнитное поле может индуцировать токи в близко расположенных проводных линиях (наводки).

Электромагнитный канал в свою очередь делится на следующие каналы:

Радиоканал (высокочастотное излучение);

Низкочастотный канал;

Сетевой канал (наводки на сеть электропитания);

Канал заземления (наводки на провода заземления);

Линейный канал (наводки на линии связи между компьютерными системами).

Виброакустический канал.

Связан с распространением звуковых волн в воздухе или упругих колебаний в других средах, возникающих при работе устройств отображения информации АС.

Визуальный канал.

Связан с возможностью визуального наблюдения злоумышленником за работой устройств отображения информации АС без проникновения в помещения, где расположены компоненты системы. В качестве средства выделения информации в данном случае могут рассматриваться фото-, видеокамеры и т. п.

Информационный канал. Связан с доступом (непосредственным и телекоммуникационным) к элементам АС, к носителям информации, к самой вводимой и выводимой информации (и результатам), к программному обеспечению (в том числе к операционным системам), а также с подключением к линиям связи.

Информационный канал может быть разделен на следующие каналы:

Канал коммутируемых линий связи;

Канал выделенных линий связи;

Канал локальной сети;

Канал машинных носителей информации;

Канал терминальных и периферийных устройств.

8. Нарисуйте структуру модели защищенного канала по Шеннону. Какие предположения и допущения приняты в этой модели?

В этой схеме К. Шеннона используется модель пассивного противника (нарушителя), наблюдающего только шифр-текст (Cryptogram ) (пассивная атака на основе знания шифр-текста), вероятностная модель криптографического преобразования – криптосистема (Encipherer - Decipherer ) – используется для защиты передаваемой информации (Message ) от нарушения конфиденциальности.

Предположения, которые приняты в модели К. Шеннона:

– передача информации от источника к приемнику происходит без ошибок (идеальный канал связи);

– понятие совершенной стойкости вводится при условии, что вероятностное распределение ключей

(Key ) на множестве ключей равномерно (идеально- случайный ключ);

– обратная связь между приемником и источником сообщения отсутствует;

– источник информации описывается с помощью теории информации Шеннона;

– все вычисления, используемые в процессе обработки информации (в том числе и при криптографическом преобразовании), совершаются без ошибок (безошибочная модель вычислений).

9. В чем выражается концепция отводного канала Вайнера?

Модель отводного канала - модель системы передачи информации по каналу связи с отводом, включающая в себя формальное описание способа надежной передачи дискретных сообщений законному получателю при наличии отводного канала утечки информации. Под этим понимается то, что легитимный приемник должен иметь возможность нормального функционирования, а приемник отводного канала не иметь возможности принимать достоверную информацию.

Модель отводного канала позволяет учесть возможности нарушителя как по перехвату сообщений, так и постановке помех, нарушающих работу основного канала.

10. Что такое семиуровневая модель взаимодействия открытых систем (OSI)? Назовите уровни этой модели и какие задачи решаются на каждом уровне? На каких уровнях решаются задачи защиты информации?

Базовая эталонная модель OSI является наиболее общим описанием структуры построения стандартов, обеспечивающих взаимодействие прикладных процессов работающих друг с другом систем.

На рисунке схематически изображен принцип OSI. Передаваемое сообщение перед отправкой “спускается” уровням модели и на каждом уровне к нему прикрепляется служебная информация, предназначенная для соответствующего уровня на принимающей стороне. Принимающая сторона последовательно “поднимает” принятое сообщение. При этом каждый уровень, работая с предназначенной ему информацией, извлекает из своей “упаковки” сообщение и передает на следующий уровень.

Физический уровень (Physical Layer )

Обеспечивает передачу потока битов по физической среде. К этому уровню имеют отношение: Характеристики физических сред передачи данных, такие как полоса пропускания, помехозащищенность, волновое сопротивление и другие; Характеристики электрических сигналов, передающих дискретную информацию, например, крутизна фронтов импульсов, уровни напряжения или тока передаваемого сигнала, тип кодирования, скорость передачи сигналов. Кроме этого, здесь стандартизуются типы разъемов и назначение каждого контакта.

-Физические характеристики интерфейсов и среды передачи

-Представление битов.

-Скорость передачи данных.

-Битовая синхронизация.

Канальный уровень (Data Link Layer )

Преобразует ненадежную среду передачи физического уровня в более надежный канал для доставки данных к следующему сетевому уровню. Поток битов, поступающих с физического уровня, разбивается на кадры. Обеспечивается корректность передачи каждого кадра.

-Кадровая синхронизация.

-Физическая адресация.

-Управление потоком.

-Коррекция ошибок.

Сетевой уровень (Network Layer)

Отвечает за доставку пакета от источника к пункту назначения между различными сетями с произвольной топологией (в то время как канальный отвечает за доставку данных между любыми узлами одной сети с соответствующей типовой топологией).

-Логическая адресация.

-Маршрутизация.

Транспортный уровень (Transport Layer)

Отвечает за доставку всего сообщения от процесса к процессу. Он гарантирует, что полное сообщение поступает потерь отдельных пакетов и в верном порядке, обеспечивая как коррекцию ошибок, так и управление потоком на уровне «от процесса к процессу».

-Адресация процессов.

-Сегментация и сборка.

-Управление соединением.

Сеансовый уровень (Session Layer).

Устанавливает, поддерживает и синхронизирует сеансы связи (взаимодействие) между оконечными компьютерами. Здесь обеспечивается управление диалогом и предоставляются средства синхронизации, где внутри длинных сообщений вставляются служебные метки. Они позволяют в случае отказа вернуться назад к последней метке и продолжить передачу не сначала, а с того места, на котором она оборвалась.

-Управление диалогом.

-Синхронизация.

Уровень представления (Presentation Layer)

Bмеет дело с формой представления передаваемой по сети информации, не меняя при этом ее содержания. Различные форматы данных преобразуются в некий стандартизованный вид для передачи по сети. На этом уровне может выполняться шифрование и дешифрование данных.

-Трансляция (кодирование).

-Шифрование.

-Компрессия.

Прикладной уровень (Application Layer)

Это набор разнообразных протоколов, с помощью которых пользователи (человек или программа) получают доступ к сети и ее разделяемым ресурсам. Приложения ко нечного пользователя (различные программы доступа к службам сети) используют протоколы прикладного уровня. Единица данных этого уровня обычно называется сообщением (message).

-Услуги электронной почты.

-Передача файлов и доступ.

-Удаленная регистрация (логин).

-Доступ к WWW.

Протоколы, отвечающие за безопасность, существуют на всех уровнях модели. Например:

На транспортном уровне применяется протоколы SSL TLS (англ. Secure Sockets Layer - уровень защищённых сокетов) и TLS использующий симметричное шифрование и асимметричную криптографию для аутентификации ключей обмена.

На сетевом уровне в настоящее время используется комплект протоколов IP-Security (IPSec), который решает вопросы шифрования, аутентификации и обеспечения защиты информации при транспортировке IP-пакетов по сети.

На канальном уровне протокол WEP (Wired Equivalent Privacy), разработанный для защиты информации в проводных каналах связи долгое время использовался беспроводный технологиях передачи данных Wi-Fi. Но в последнее время используется усовершенствованный протокол WPA и WPA2 .

Технологии физического уровня, такие как, например, FHSS и OFDM создают значительные трудности для несанкционированного доступа к информации.

Похожая информация.

Системы передачи информации (СПИ) служат для передачи сообщений от одного абонента к другому. Сообщения могут быть дискретными и непрерывными. Дискретные сообщения представляют собой последовательности символов, причем число различных символов конечно. Примерами дискретных сообщений могут служить телеграфные сообщения, телекодовые и т. д. Источники информации, которые создают дискретные сообщения, называются дискретными. Непрерывные сообщения представляют собой непрерывные функции времени. Источники информации, которые создают непрерывные сообщения, называются непрерывными. Примерами непрерывных сообщений могут служить речь, музыка, значения некоторого параметра, изменяющегося во времени, и т. д.

СПИ, предназначенные для передачи дискретных сообщений, называются дискретными или цифровыми, а СПИ, предназначенные для передачи непрерывных сообщений, - непрерывными или аналоговыми.

Каналы, в которых передаются дискретные сообщения, называются дискретными, а каналы, в которых передаются непрерывные сообщения - непрерывными. Передача непрерывных сообщений возможна и в дискретном виде. Для этого необходимо непрерывные сообщения источника непрерывной информации превратить в дискретные и по каналу будут передаваться дискретные сообщения, т. е. канал будет дискретным.

Замена непрерывных сообщений дискретными всегда производится с заданной точностью. Для этого следует разложить непрерывное сообщение в ряд (1.8) по ортогональным функциям, т. е. представить сообщение в следующем виде:

где коэффициенты разложения, ортогональные функции, образующие систему ортогональных функций. Две функции (или два сигнала) называются ортогональными, если они удовлетворяют интегральному соотношению (1.9)

Здесь энергия функции (сигнала) Определение (2.2) справедливо для любых систем ортогональных функций, как

ограниченных по времени (финитных), так и для имеющих бесконечную протяженность. Коэффициенты разложения находятся согласно равенству (1.10)

Если система ортогональных функций состоит из комплексных функций то разложение записывается, как и при вещественных функциях, в виде (2.1), а условие ортогональности и коэффициенты разложения определяются так:

Сравнивая (2.3), (2.5) с определением корреляционных функций, например, с (1.21), можно видеть, что коэффициенты разложения являются коэффициентами корреляции между сообщением и функциями Ряд (2.1) в общем случае содержит бесконечное число членов. Задаваясь требуемой точностью, всегда можно оставить конечное число членов разложения, отбросив те, которые мало влияют на (2.1). При этом получаем

определяется отброшенными членами разложения (2.1). Выбором можно обеспечить, чтобы езад, где езад - заданное значение среднеквадратической ошибки.

Представление (2.6) означает, что сообщение с заданной степенью точности полностью определяется конечным набором коэффициентов разложения Затем необходимо заменить конечный набор коэффициентов разложения конечным набором символов, которые необходимо передавать по дискретному каналу.

Выбор системы ортогональных функций и метода перевода коэффициентов разложения в символы определяется свойствами

сообщения и требуемой точностью его воспроизведения. Например; если спектр сообщения ограничен по ширине то целесообразно с практической точки зрения представлять его в виде ряда Котел ьникова, в котором

Функцию называют функцией отсчетов, При этом сообщение заменяется последовательностью отсчетов которые следуют друг за другом с интервалом Производя квантование отсчетов по амплитуде, получаем конечное число различных значений При квантовании по амплитуде возникает ошибка квантования, которая тем меньше, чем больше уровней квантования. Исходя из требуемой точности воспроизведения сообщения можно найти необходимое число уровней квантования. После квантования получаем, что сообщение определяется конечным набором квантованных отсчетов. Заменяя тот или иной квантованный отсчет своим символом, получаем возможность передавать непрерывное сообщение в виде дискретного.

При иных свойствах сообщения может оказаться более целесообразным с практической точки зрения другое разложение по ортогональным функциям. Например, если разбить сообщение на отрезки длительностью то на каждом отрезке сообщение можно представить в виде ряда Фурье, в котором

Экспонента (2.9) является периодической функцией с периодом Кроме упомянутых, известно большое число других систем ортогональных функций, многие из которых нашли применение в СПИ.

Следует отметить, что системы ортогональных функций широко используются в математике для решения различных задач. Ортогональные функции, используемые в СПИ для передачи сообщений будем называть ортогональными сигналами. Соответственно совокупности таких сигналов являются системами ортогональных сигналов. Применение систем ортогональных сигналов для представления непрерывных сообщений в виде рядов является одним из примеров применения систем сигналов в СПИ. Из (2.2), (2.4) следует, что сигналы таких систем должны удовлетворять единственному условию, ортогональности.

Многоканальные системы передачи информации. Необходимость, обмена информацией между многими абонентами привела к построению многоканальных систем передачи информации. Каждая многоканальная СПИ работает в своем диапазоне частот, который определяется ее назначением. Абоненты, входящие в многоканальную» СПИ, работают в общей полосе частот, в пределах которой каждому из них предоставляется канал для передачи информации.

Образование многоканальной СПИ из многих абонентов может быть осуществлено двумя методами объединения абонентов. Один.

из них назовем централизованным объединением, а другой - автономным. При централизованном объединении обмен информацией между двумя абонентами производится через центральные станции на рис. 2.1, а и б). При передаче информации на большие расстояния от абонентов одной зоны она сначала объединяется в собственной центральной станции и на рис. 2.1, а), затем посылается по линии в ЦС другой зоны, после чего разделяется по абонентам этой зоны. На рис. 2.1, а стрелками показан путь прохождения информации между абонентами Назовем подобные многоканальные СПИ многоканальными централизованными линейными системами (МЦЛС). К МЦЛС относятся радиорелейные линии, радиотелеметрические системы и др.

Централизованное объединение абонентов может быть использовано и для обмена информацией между абонентами внутри одной зоны (рис. 2.1, б). При этом требуется одна ЦС. Стрелками на рис. 2.1, б изображен путь! прохождения; информации между абонентами Из рис. 2.1, б видно, что передача информации осуществляется по радиусам-векторам, выходящим и входящим в центральную станцию. По этой причине подобные многоканальные СПИ можно назвать многоканальными централизованными радиальными системами (МЦРС). Примерами МЦРС являются системы радиосвязи гражданских служб, системы управления воздушным движением, системы командного радиоуправления и др.

В тех случаях, когда не будет отмечаться линейность или радиальность, многоканальные СПИ с централизованным уплотнением будем называть многоканальными централизованными системами (МЦС).

Другим методом объединения абонентов является автономный, при котором абоненты обмениваются информацией непосредственно друг с другом (рис. 2.1, в). При этом нет необходимости в центральной станции. Подобные СПИ назовем многоканальными автономными системами (MAC). Примерами MAC являются системы низовой радиосвязи (войсковой, сельской), системы командного радиоуправления и др.

МЦС позволяет устанавливать более эффективный обмен информацией между многими абонентами, лучше использовать отведенные полосы частот и время. Однако наличие ЦС делает МЦС более уязвимыми по сравнению с MAC, так как выход из строя ЦС

приводит к выходу из строя всей МЦС. Наличие ЦС во многих случаях усложняет СПИ в целом и увеличивает ее стоимость. Кроме того, в некоторых случаях в соответствии с тактико-техническими требованиями применение ЦС просто невозможно. По этим причинам МЦС и MAC будут органически дополнять друг друга при создании Единой автоматизированной системы связи (ЕАСС).

Следует отметить, что в некоторых случаях многоканальные СПИ могут быть построены как с централизованным объединением абонентов, так и с автономным. В таких случаях метод объединения должен осуществляться с учетом тактико-технических и экономических требований. Кроме того, возможно совместное применение и централизованного, и автономного объединения.

Методы уплотнения и разделения каналов и абонентов. В зависимости от назначения, каждой СПИ выделяется некоторый диапазон частот, который в дальнейшем называется общей полосой частот (общей для всех абонентов). Использование общей полосы частот абонентами определяется методами уплотнения (размещение спектров сигналов всех абонентов в общей полосе) и разделения (выделение сигналов абонента). Поскольку тот или иной метод уплотнения однозначно определяет метод разделения (обратное также справедливо), то в дальнейшем будем классифицировать методы уплотнения и разделения по методам разделения.

Возможны три метода разделения информации различных абонентов, передаваемой по выделенным для них каналам. Метод частотного разделения (ЧР) (см., например, ) заключается в том, что каждому, абоненту отводится своя абонентская полоса частот (частотный канал) в пределах общей полосы частот системы. При этом абонентские полосы частот не перекрываются, но сигналы абонентов перекрываются во времени. Метод временного разделения (BP) заключается в том, что каждый абонент работает в свой абонентский интервал времени (временной канал), в течение которого другие абоненты информацию не передают. Спектры абонентов занимают всю общую полосу частот и полностью перекрываются. Метод кодового разделения (КР) заключается в том, что разделение осуществляется по форме сигналов, которые использует тот или иной абонент, причем абоненты работают в общей полосе частот в одно время.

Первым нашло применение частотное разделение, так как оно было известно раньше других методов и достаточно просто реализовалось практически. Развитие импульсных методов модуляции привело к появлению временного разделения. Внимание к кодовому разделению было привлечено работой Костаса в 1959 г. . Однако следует отметить, что основы разделения информации по форме сигналов (основы линейной селекции) были развиты Д.В. Агеевым в 1935 г. .

СПИ с частотным и временным разделением исследованы весьма обстоятельно. Созданы методы расчета и проектирования таких СПИ, хотя до настоящего времени проводятся исследования по их

усовершенствованию. Иное положение имеет место в случае СПИ с кодовым разделением. Поскольку кодовое разделение основано на различии сигналов, то построение таких СПИ и их характеристики определяются выбором сигналов и их свойствами. Обычно число абонентов достаточно велико, поэтому выбор сигналов для СПИ с КР сводится к определению систем сигналов с заданными свойствами. Развитие СПИ с КР и привело к исследованиям в области теории систем сигналов, основные результаты которой будут изложены в дальнейшем.

СПИ с КР являются адресными системами, так как сигналы абонента выполняют роль его адреса. Адресные СПИ можно разделить на два класса - синхронные адресные системы (САС) (см., например, ) и асинхронные адресные системы (ААС) (см, например, ). Первые используются в основном при централизованном объединении абонентов, а вторые - при автономном.

В САС передачи информации осуществляется таким образом, что переносчики информации удовлетворяют условию ортогональности (2.2), т. е. если абоненты используют сигналы со спектрами то при имеют место равенства

Отметим, что условия ортогональности (2.10), (2.11) являются частными случаями линейной независимости сигналов. Если соблюдается равенство (2.10), то выполняется и (2.11). Если сигналы линейно-независимы, то они разделяются без взаимных помех. На практике обычно используются ортогональные сигналы.

Поскольку при временных смещениях ортогональность нарушается, то для обеспечения ортогональности необходимо иметь синхронизацию по времени. Таким образом, в САС передача информации различными абонентами осуществляется ортогональными сигналами при условии временной синхронизации между ними. Наличие синхронизации приводит к тому, что в САС взаимные помехи не возникают.

Следует отметить, что в СПИ с ЧР взаимные помехи принципиально существуют всегда, так как сигналы с конечной длительностью имеют бесконечно протяженные спектры, а разделительные фильтры пропускают с конечным ослаблением все частоты. По этим двум причинам часть энергии сигнала произвольного канала в СПИ с ЧР попадает в любой канал, создавая взаимную помеху. Выбором сигналов (уменьшением «внеполосных» излучений) и фильтров (повышением ослабления вне полосы пропускания), размещением каналов по частоте можно уменьшить взаимные помехи до допустимого

В ААС равенства (2.10), (2.11) не имеют места, поэтому в таких системах существуют взаимные помехи между абонентами, которые иногда называются «шумами неортогональности» . Из-за взаимных помех число одновременно работающих абонентов в ААС при той же помехоустойчивости будет меньше, чем в синхронных. Но при построении ААС нет необходимости в обеспечении синхронизации абонентов по времени и по частоте. Это является существенным преимуществом ААС перед синхронными системами, особенно в тех случаях, когда невозможно обеспечить временную синхронизацию абонентов, разбросанных на большой территории, по этой причине ААС и получили развитие.

В САС и ААС для обеспечения работы большого числа абонентов необходимо иметь, по крайней мере, такое же число различных сигналов. Поскольку сигналы нельзя выбирать произвольно, то для таких СПИ необходимо использовать системы сигналов с определенными свойствами. Выбору систем сигналов и посвящен в основном дальнейший материал. Решение вопросов выбора систем сигналов во многом определяется назначением СПИ и ее характеристиками. Основными характеристиками СПИ являются помехоустойчивость и эффективность. Под помехоустойчивостью СПИ подразумеваем ее способность противостоять помехам, а под эффективностью - использование общей полосы частот, времени и мощности передатчика.

Поскольку любые СПИ состоят из каналов (в предельном случае из одного), то сначала необходимо рассмотреть помехоустойчивость и эффективность одного канала, т. е. одноканальной СПИ. Сделаем это на примере дискретной СПИ, предназначенной для передачи дискретных сообщений.

Рис. 42. Классификация

телекоммуникационных систем передачи

Системы передачи различаются в зависимости от˸

Места использования на сети (магистральные, зоновые, местные),

Числа организуемых каналов ТЧ, т.е. емкости системы (К-3600, ИКМ – 480 и т.д.),

Способа передачи сигналов электросвязи (ЧМ, ВМ),

Способа построения аппаратуры (однополосная, двухполюсная, однокабельная, двухкабельная СП);

Среды распространения (проводные - кабельные, воздушные; радиосистемы - радиорелейные, тропосферные, космические - спутниковые, беспроводного радиодоступа - сотовые, транкинговые); оптические.

В проводной системе передачи сигналы электросвязи распространяются в пространстве вдоль непрерывной направляющей среды, способной передать сигналы в заданном направлении.

Классификация проводных систем ˸

В однополосной СП используется одна и та же полоса частот для передачи сигналов электросвязи в противоположных направлениях;

В двухполосной СП для передачи сигналов электросвязи в противоположных направлениях используются две неперекрывающихся полосы частот, т.е. передача и прием ведутся на разных частотах;

Однокабельная СП - передача и прием сигналов осуществляется по парам одного и того же кабеля;

В двухкабельной СП передача сигналов организуется по парам одного кабеля, а для приема сигналов используются пары другого кабеля.

На рис. 42 приведена классификация современных телекоммуникационных систем передачи.

СП состоит из комплекса оборудования, в состав которого входит аппаратура оконечных (ОП), промежуточных обслуживаемых (ОУП – для аналоговых систем, ОРП – для цифровых систем) и необслуживаемых усилительных и регенерационных пунктов (НУП - для аналоговых систем, НРП – для цифровых систем) и непрерывной направляющей среды (рис. 43).

На оконечных пунктах ОП устанавливается оконечная аппаратура, предназначенная для преобразования сигналов отдельных КТЧ в групповой, а затем в общий многоканальный линейный сигнал и обратного преобразования, а также оборудование служебной связи, оборудование дистанционного питания НУП (ОРП), оборудование транзита и др.

Промежуточное оборудование устанавливается на обслуживаемых усилительных пунктах ОУП или необслуживаемых – НУП (в аналоговых системах). В цифровых системах такие станции называются обслуживаемые регенерационные пункты ОРП или необслуживаемые – НРП. Дальность передачи сигналов по физическим цепям определяется затуханием (ослаблением) сигнала из-за того, что в цепи теряется часть энергии передаваемого сигнала. Изменение уровней сигнала вдоль магистрали описывается диаграммой уровня (рис. 25). Поэтому на усилительных пунктах ОУП многоканальный аналоговый сигнал усиливается, компенсируется затухание прилегающего участка, поддерживается постоянство уровней, корректируются амплитудно – частотные, фазочастотные и частотные характеристики линейного тракта. Часть канала между соседними промежуточными пунктами называется усилительным участком . Аппаратура ОРП, НРП предназначена для восстановления амплитуды, длительности и временного интервала между импульсами сигналов цифровых систем.

Классификация систем передачи - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Классификация систем передачи" 2015, 2017-2018.

Каждый человек постоянно сталкивается с информацией, притом так часто, что смысл самого понятия объяснить может не каждый. Информация - это сведения, которые передаются от одного лица другому при помощи различных средств связи.

Существуют различные способы передачи данных, о которых речь пойдет далее.

Каким образом передается информация

В процессе развития человечества происходит постоянное совершенствование механизмов, при помощи которых передаются сведения. Способы хранения и передачи информации довольно разнообразны, поскольку существует несколько систем, в которых происходит обмен данных.

В системе передачи данных различают 3 направления: это передача от человека к человеку, от человека к компьютеру и от компьютера к компьютеру.

• Первоначально сведения получают при помощи органов чувств - зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Для передачи информации на ближнем расстоянии существует язык, который позволяет сообщить полученные сведения другому человеку. Кроме того, передать что-либо другому человеку можно, написав письмо либо в процессе спектакля, а также при разговоре по телефону. Несмотря на то, что в последнем примере используется средство связи, то есть промежуточное устройство, оно позволяет передать сведения в непосредственном контакте.
• Для передачи данных от человека к компьютеру необходимо введение ее в память устройства. Информация может иметь разный вид, о чем будет идти разговор далее.
• Передача от компьютера к компьютеру происходит посредством промежуточных устройств (флеш-карты, интернета, диска и т. д.).

Обработка информации

После получения необходимых сведений возникает необходимость их хранения и передачи. Способы передачи и обработки информации наглядно представляют этапы развития человечества.

• В начале своего развития обработка данных представляла собой перенесение их на бумагу при помощи чернил, пера, ручки т. д. Однако недостаток такого способа обработки заключался в ненадежности хранения. Если упоминать способы хранения и передачи информации, хранение на бумаге имеет определенный срок, который определяется сроком службы бумаги, а также условиями ее эксплуатации.
• Следующим этапом является механическая информационная технология, при которой используется печатная машинка, телефон, диктофон.
• Далее на смену механической системе обработки сведений пришла электрическая, ведь способы передачи информации постоянно совершенствуются. К таким средствам относят электрические пишущие машинки, портативные диктофоны, копировальные машинки.

Виды информации

Виды и способы передачи информации отличаются в зависимости от ее содержания. Это могут быть текстовые сведения, представляемые в устной и письменной форме, а также символьные, музыкальные и графические. К современным видам данных относят также видеоинформацию.

С каждой из этих форм хранения информации человек имеет дело каждый день.

Средства передачи информации

Средства передачи информации могут быть устными и письменными.

• К устным средствам относят выступления, собрания, презентации, доклады. При использовании этого метода можно рассчитывать на быструю реакцию оппонента. Использование дополнительных невербальных средств в процессе разговора способно усилить эффект от речи. К таким средствам относят мимику, жесты. Однако в то же время информация, получаемая в устном виде, не имеет долгосрочного действия.
• Письменные средства информации - это статьи, отчеты, письма, записки, распечатки и т. д. При этом не приходится рассчитывать на быструю реакцию публики. Однако преимуществом является то, что полученную информацию можно перечитать, усвоив тем самым информацию.

Способы представления информации

Как известно, информация может быть представлена в нескольких формах, что, однако, не меняет ее содержания. Например, дом можно представить как слово или графическое отображение.

Способы представления и передачи информации можно изобразить в виде следующего списка:

• Текстовая информация. Позволяет наиболее полно предоставить информацию, однако может содержать большой объем данных, что способствует плохому ее усвоению.
• Графическое изображение - это график, схема, диаграмма, гистограмма, кластер и т. д. Они позволяют кратко представить информацию, установить логические связи, причинно-следственные отношения. Кроме того, информация в графическом виде позволяет найти решения различных вопросов.
• Презентация является красочным наглядным примером способа представления информации. В ней могут сочетаться как текстовые данные, так и графическое их отображение, то есть различные виды представления информации.

Понятие о коммуникации

Коммуникацией называют систему взаимодействия между несколькими объектами. В обобщенном смысле это и есть передача информации от одного объекта другому. Коммуникации являются залогом успешной деятельности организации.

Способы передачи информации (коммуникации) выполняют следующие функции: организационную, интерактивную, экспрессивную, побудительную, перцептивную.

Организационная функция обеспечивает между сотрудниками систему отношений; интерактивная позволяет формировать настроение окружающих; экспрессивная окрашивает настроение окружающих; побудительная призывает к действию; перцептивная позволяет различным собеседникам понимать друг друга.

Современные способы передачи информации

К наиболее современным способам передачи информации относят следующие.

В интернете содержится огромное количество информации. Это позволяет черпать для себя массу знаний, не утруждаясь изучением книг и других бумажных источников. Однако, помимо этого, он содержит способы и средства передачи информации, аналогичные исторически более давним моделям. Это аналог традиционной почты - электронная почта, или e-mail. Удобство использования этого вида почты заключается в скорости передачи письма, исключении этапности доставки. На сегодняшний день практически каждый имеет электронный адрес, и связь со многими организациями поддерживается именно посредством этого способа передачи информации.

GSM-стандарт цифровой сотовой связи, который широко применяется повсеместно. При этом происходит кодирование устной речи и передача ее через преобразователь другому абоненту. Вся необходимая информация размещается в sim-карте, которая вставляется в мобильное устройство. На сегодняшний день наличие данного средства связи является необходимостью в качестве средства коммуникации.

WAP позволяет просматривать на экране мобильного телефона web-страницы с информацией в любом ее виде: текстовом, числовом, символьном, графическом. Изображение на экране может быть адаптировано под экран мобильного телефона либо иметь вид, аналогичный компьютерному изображению.

Способы передачи информации современного типа включают также GPRS, который позволяет осуществлять пакетную передачу данных на мобильное устройство. Благодаря этому средству связи возможно беспрерывное использование пакетными данными одновременно большим количеством человек одновременно. Среди свойств GPRS можно назвать высокую скорость передачи данных, оплату только за переданную информацию, большие возможности использования, параметры совместимости с другими сетями.

Интернет посредством использования модема позволяет получить высокую скорость передачи информации при низкой стоимости такого доступа. Большое количество интернет-провайдеров создает высокий уровень конкуренции между ними.

Спутниковая связь позволяет получить доступ в интернет посредством спутника. Преимуществом такого способа является низкая стоимость, высокая скорость передачи данных, однако среди недостатков есть ощутимый - это зависимость сигнала от погодных условий.

Возможности использования средств передачи информации

По мере появления новых средств передачи информации возникают возможности нетрадиционного использования различных устройств. Например, возможность видеоконференции и видеозвонка вызвала идею использовать оптические устройства в медицине. Таким образом происходит получение информации о патологическом органе при непосредственном наблюдении во время операции. При использовании такого способа получения информации нет необходимости делать большой разрез, проведение операции возможно при минимальном повреждении кожи.