Способ передачи информации по сильно зашумленному каналу связи
На физическом уровне для передачи информации используются разные технологии. Например, технологии передачи электрических сигналов по проводам, световых импульсов по оптоволокну, звуковых сигналов по воздуху или под водой, электромагнитных импульсов. У всех технологий существует проблема, связанная с ограничением дальности и качества связи из-за паразитного шума в канале связи. Сигнал может быть настолько зашумлен, что выделить из него информацию кажется невозможным. Проблема отчасти решается с помощью метода синхронного детектирования, методами расширения спектра или накоплением периодического сигнала. Однако, если присутствует существенная НЧ составляющая шума, либо частоты полезного сигнала забиваются периодическими составляющими шума (поставленных помех), эти методы слабы. Как помочь делу?
Для решения проблемы можно использовать информационные импульсы с псевдослучайным профилем. Например, такие:
Зависимость амплитуды импульса от времени в усл. ед.
Параметры импульса: амплитуда — 0,2 усл. ед., число пичков — 200, длительность пичка — 5, общая длительность — 2000.
Зная форму таких импульсов (ключ), передающая и принимающая стороны могут кодировать и декодировать передаваемую информацию соответственно. Передающая сторона кодирует информационное сообщение в виде временной последовательности из таких импульсов (каждому соответствует логическая 1, например) и промежутков (0). Принимающая сторона же выделяет импульсы из поступающего сигнала и декодирует сообщение. Чем же лучше такие импульсы, ведь они также потонут в шуме при слабом приёме, что и импульсы других форм?
Идея в том, что при декодировании отдельные пички каждого такого импульса можно просуммировать с учетом знака. Положительные пички войдут в сумму со знаком +, отрицательные со знаком -. После такой операции все случайные и неслучайные составляющие шума компенсируются с высокой вероятностью, а сумма амплитуд пичков многократно превысит амплитуду одного пичка. При превышении суммой пичков некоторого (установленного) уровня отсечки суммарного шума доверительная вероятность регистрации информационного импульса станет достаточно близка к 1.
Способ похож на CDMA/DSSS, но в отличие от него не имеет несущей частоты, которая может быть уязвима. Также есть схожесть с методом когерентного накопления зондирующих импульсов в радиолокации. Отличие в алгоритме накопления: не периодически (есть уязвимость частоты следования импульсов), а согласно ПСП.
Ниже представлены два кусочка сигнала, которые могут поступить в приёмный тракт: гауссов случайный шум и шум с добавленным псевдослучайным импульсом. Генерация шума происходила в интервале (-3, 3) со СКЗ = 1. Большие всплески маловероятны, поэтому их можно опустить.
Кусочек гауссова шума (СКЗ = 1) 
Кусочек гауссова шума с наложенным импульсом
Визуально отличить кусочек шума с импульсом от чистого шума невозможно. Также не получится это сделать путем статистического анализа. Ниже представлены гистограммы и АКФ гауссова шума и шума с наложенным импульсом.
Гистограмма гауссова шума (СКЗ = 1, всего 2000 точек) 
Гистограмма шума с наложенным импульсом 
АКФ шума 
АКФ шума с наложенным импульсом
При суммировании участков шума с импульсом, соответствующих пичкам, относительно суммы компонент шума растёт сумма амплитуд пичков информационного импульса, достигая величины 40 у.е. Вероятность достижения суммой компонент шума такой величины достаточно мала. При расчётах была выбрана величина отсечки суммарного шума в 20 у.е. Компонента шума — это среднее арифметическое значение шума в пределах длительности одного пичка (5 у.е.).
Таким образом, описанный способ организации помехоустойчивой связи может не только существенно увеличить дальность действия связи при имеющихся мощности передатчика и чувствительности приёмника, но и сделать связь незаметной.
Какие есть ограничения у способа?
Во-первых, это необходимость синхронизации часов у передающей и принимающей стороны. Принимающей стороне нужно знать моменты времени, в которые начинать математическую обработку поступающего сигнала для выделения информационных импульсов. Чем лучше будут синхронизированы часы, тем большая будет скорость связи (больше коротких импульсов в единицу времени). Отлично подойдут компактные атомные часы. Однако, сгодятся и часы с кварцевыми генераторами, особенно, если они будут периодически подводиться по сигналам со спутников или синхронизироваться путем передачи информационного сообщения с текущим временем передатчика приёмнику. Снизить требование к синхронизации при установке связи может алгоритм обработки входного сигнала, при котором во временном окне, определяемым допустимой разностью времен передатчика и приемника, происходит череда операций суммирования участков сигнала с заданным сдвигом по времени (меньшим длительности пичка)- до тех пор, пока информационные всплески не начнут надежно регистрироваться.
Во-вторых, необходимо знать с достаточно хорошей точностью расстояние между передатчиком и приёмником. Ведь пока сигнал будет распространятся, пройдёт некоторое время, которое нужно добавлять при вычислениях ко времени передатчика. Особенно актуально это для относительно медленной акустической связи.
В-третьих, особенности среды распространения могут влиять на скорость сигнала, в т. ч. динамически. Это нужно учитывать при определении временной задержки.
В-четвертых, это упомянутые ограничения по мощности передатчика и чувствительности приёмника. Они актуальны для всех технологий связи. Если амплитуда пичков информационных импульсов в месте приёма будет ниже порога чувствительности приёмника (определяемой видом антенны, качеством приемного тракта), складывать останется только шум.
Описанные ограничения скажутся на скорости и относительной сложности организации связи по такому способу. Однако, он может найти свою нишу там, где требуется дальнодействующая или незаметная связь с невысокими требованиями к скорости. А что думаете вы?
Источник
Оптоволокно: характеристики и преимущества
Ответ: Оптоволокно — стекловолоконный кабель, используемый для передачи больших объемов информации посредством световых импульсов. Оптоволокно — это стеклянная или пластиковая нить, используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения. Оптоволокна используются в оптоволоконной связи, которая позволяет передавать цифровую информацию на большие расстояния и с более высокой скоростью передачи данных, чем в электронных средствах связи. Простой принцип действия позволяет использовать различные методы, дающие возможность создавать самые разнообразные оптоволокна:
■Одномодовые оптоволокна
■Многомодовые оптоволокна
■Оптоволокна с градиентным показателем преломления
■Оптоволокна со ступенчатым профилем распределения показателей преломления.
Из-за физических свойств оптоволокна необходимы специальные методы для их соединения с оборудованием. Оптоволокна являются базой для различных типов кабелей, в зависимости от того, где они будут использоваться.
Основные составляющие элементы оптоволокна:
Стержень — Зона прохождения света через волокно (стекло или пластик). Чем больше диаметр стержня, тем больший пучок светового излучения передается по волокну (см. рис. 1).
Оболочка — обеспечивает достаточно низкий показатель преломления на поверхности стержня, чтобы вызвать эффект полного внутреннего отражения в сердечнике для передачи световых волн через волокно.
Покрытие — Представляет собой многослойную пластмассовую оболочку, предназначенную для защиты волокна от ударов и других внешних воздействий. Такие буферные покрытия имеют толщину от 250 до 900 мкм.
Размеры стекловолокна обычно характеризуются внешним диаметром сердечника, оболочки и покрытия. Например: 50/125/250 указывает, что у оптоволокна диаметр сердечника — 50 микрон, оболочки — 125 микрон и покрытия — 250 микрон. Для сравнения — лист бумаги по толщине приблизительно равен 25 микронам. При подключении или соединении волокон покрытие всегда удаляется.
Билет 12:
Классификация сетевых адаптеров
Ответ: : В качестве примера классификации адаптеров используем подход фирмы 3Com, имеющей репутацию лидера в области адаптеров Ethernet. Фирма 3Com считает, что сетевые адаптеры Ethernet прошли в своем развитии три поколения.
Адаптеры первого поколения были выполнены на дискретных логических микросхемах, в результате чего обладали низкой надежностью. Они имели буферную память только на один кадр, что приводило к низкой производительности адаптера, так как все кадры передавались из компьютера в сеть или из сети в компьютер последовательно. Кроме этого, задание конфигурации адаптера первого поколения происходило вручную, с помощью перемычек. Для каждого типа адаптеров использовался свой драйвер, причем интерфейс между драйвером и сетевой операционной системой не был стандартизирован.
В сетевых адаптерах второго поколения для повышения производительности стали применять метод многокадровой буферизации. При этом следующий кадр загружается из памяти компьютера в буфер адаптера одновременно с передачей предыдущего кадра в сеть. В режиме приема, после того как адаптер полностью принял один кадр, он может начать передавать этот кадр из буфера в память компьютера одновременно с приемом другого кадра из сети.
В сетевых адаптерах третьего поколения (к ним фирма 3Com относит свои адаптеры семейства EtherLink III) осуществляется конвейерная схема обработки кадров. Она заключается в том, что процессы приема кадра из оперативной памяти компьютера и передачи его в сеть совмещаются во времени. Таким образом, после приема нескольких первых байт кадра начинается их передача. Это существенно (на 25-55 %) повышает производительность цепочки оперативная память — адаптер — физический канал — адаптер — оперативная память.
Выпускаемые сегодня сетевые адаптеры можно отнести к четвертому поколению. В эти адаптеры обязательно входит ASIC, выполняющая функции МАС-уровня, скорость развита до 1 гБит/сек, а также большое количество высокоуровневых функций. В набор таких функций может входить поддержка агента удаленного мониторинга RMON, схема приоритезации кадров, функции дистанционного управления компьютером и т. п. В серверных вариантах адаптеров почти обязательно наличие мощного процессора, разгружающего центральный процессор. Примером сетевого адаптера четвертого поколения может служить адаптер компании 3Com Fast EtherLink XL 10/100.
Технология FDD
Система пакетной обработки
Ответ: Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма — мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр. Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы гораздо удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали, поскольку пакетный режим — это самый эффективный режим использования вычислительной мощности, так как он позволяет выполнить в единицу времени больше пользовательских задач, чем любые другие режимы. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины — процессора, в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
Билет 14:
Модель OSI
Ответ: Эталонная модель OSI, иногда называемая стеком OSI представляет собой 7-уровневую сетевую иерархию разработанную Международной организацией по стандартам (International Standardization Organization — ISO). Эта модель содержит в себе по сути 2 различных модели:
горизонтальную модель на базе протоколов, обеспечивающую механизм взаимодействия программ и процессов на различных машинах
вертикальную модель на основе услуг, обеспечиваемых соседними уровнями друг другу на одной машине
В горизонтальной модели двум программам требуется общий протокол для обмена данными. В вертикальной — соседние уровни обмениваются данными с использованием интерфейсов API.
Физический уровень получает пакеты данных от вышележащего канального уровня и преобразует их в оптические или электрические сигналы, соответствующие 0 и 1 бинарного потока. Эти сигналы посылаются через среду передачи на приемный узел. Механические и электрические/оптические свойства среды передачи определяются на физическом уровне и включаютя:
Тип кабелей и разъемов
Разводку контактов в разъемах
Схему кодирования сигналов для значений 0 и 1
К числу наиболее распространенных спецификаций физического уровня относятся:
EIA-RS-232-C, CCITT V.24/V.28 — механические/электрические характеристики несбалансированного последовательного интерфейса.
EIA-RS-422/449, CCITT V.10 — механические, электрические и оптические характеристики сбалансированного последовательного интерфейса.
IEEE 802.3 — Ethernet
IEEE 802.5 — Token ring
Канальный уровень обеспечивает создание, передачу и прием кадров данных. Этот уровень обслуживает запросы сетевого уровня и использует сервис физического уровня для приема и передачи пакетов. Спецификации IEEE 802.x делят канальный уровень на два подуровня: управление логическим каналом (LLC) и управление доступом к среде (MAC). LLC обеспечивает обслуживание сетевого уровня, а подуровень MAC регулирует доступ к разделяемой физической среде.
Наиболее часто используемые на уровне 2 протоколы включают:
HDLC для последовательных соединений
IEEE 802.2 LLC (тип I и тип II) обеспечивают MAC для сред 802.x
Сетевой уровень отвечает за деление пользователей на группы. На этом уровне происходит маршрутизация пакетов на основе преобразования MAC-адресов в сетевые адреса. Сетевой уровень обеспечивает также прозрачную передачу пакетов на транспортный уровень.
Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:
IP — протокол Internet
IPX — протокол межсетевого обмена
X.25 (частично этот протокол реализован на уровне 2)
CLNP — сетевой протокол без организации соединений
Транспортный уровень делит потоки информации на достаточно малые фрагменты (пакеты) для передачи их на сетевой уровень.
Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:
TCP — протокол управления передачей
NCP — Netware Core Protocol
SPX — упорядоченный обмен пакетами
TP4 — протокол передачи класса 4
Сеансовый уровень отвечает за организацию сеансов обмена данными между оконечными машинами. Протоколы сеансового уровня обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.
Уровень представления отвечает за возможность диалога между приложениями на разных машинах. Этот уровень обеспечивает преобразование данных (кодирование, компрессия и т.п.) прикладного уровня в поток информации для транспортного уровня. Протоколы уровня представления обычно являются составной частью функций трех верхних уровней модели.
Прикладной уровень отвечает за доступ приложений в сеть. Задачами этого уровня является перенос файлов, обмен почтовыми сообщениями и управление сетью.
К числу наиболее распространенных протоколов верхних уровней относятся:
FTP — протокол переноса файлов
TFTP — упрощенный протокол переноса файлов
X.400 — электронная почта
SMTP — простой протокол почтового обмена
CMIP — общий протокол управления информацией
Источник
