какой канал обеспечивает передачу данных в обоих направлениях по очереди

Тест с ответами по информатике для студентов технических вузов

1. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем другим компьютерам в топологии:
+ шина
— звезда
— кольцо
— сетка

2. Сеть Gigabit Ethernet работает на скорости:
+ 1000 Мбит / с
— 100 Мбит / с
— 512 Мбит / с
— 10000 Мбит / с

3. Какой канал обеспечивает передачу данных в обоих направлениях по очереди?
— дуплексный
+ полудуплексный
— симплексный
— напивсимплексний

4. Какова максимально допустимая длина линии связи построенной на кабеле витая пара?
+ До 100 метров
— Несколько километров
— 10 20 метров
— До 50 метров

5. Как называется объем информации, передаваемой по компьютерной сети за единицу времени?
— Емкость канала
— нагрузка
— трафик
+ Пропускная способность канала

6. Представление данных в виде электрических и оптических сигналов называют
— шифрование
+ кодирования
— модификация
— коммутация

7. Какие признаки характеризуют топологию «общая шина»?
+ Равноправие абонентов сети
+
— Устойчивость к повреждению
— Явно выделен центральный элемент
— Устойчивость к отказу любого из компьютеров сети
+ Ограничения количества абонентов сети

8. Какие признаки характеризуют топологию «звезда»?
— Равноправие абонентов сети
— Устойчивость к поступлениям
— Минимальное количество кабеля
+ Устойчивость к отказу любого из компьютеров сети
+ Ограничения количества абонентов сети

9, Известно, что среднее время бесперебойной работы сетевого устройства составляет 320 дней, а его ремонт занимает 48 часов. Чему равен коэффициент готовности данного устройства?
+ 99,4%
— 44,7%
— 99,9%
— 100%

10. Коэффициент готовности маршрутизатора равен 99,7%, а коэффициент готовности магистрали составляет 99,9%. Чему равен коэффициент готовности участка сети, которая состоит из двух маршрутизаторов и магистрали?
— Определить невозможно
— 100%
— 99,425%
+ 99,3%

11. Маршрутизаторы принимают решения, касающиеся дальнейшего продвижения пакетов на основе:
— МАС адрес кадра
+ Сетевых адресов пакета
— Адреса источника
— Таблицы МАС адресов

12. Какая из перечисленных ниже требований не является основной при проецировании сети?
— Защита данных (применение процедур защиты)
+ Использование коммутации пакетов
— Задержки передачи данных
— Передача данных без искажения

13. Чему равен коэффициент готовности маршрутизатора, если известно, что в течение двух лет он может выйти из строя один раз и при этом на его ремонт нужно 48 часов?
+ 99,72%
— 99,4%
— 99,1%
— 99,85%

14. Процесс идентификации пользователя называется
— Авторизация (предоставление права на доступ)
+ аутентификация
— Регистрация подключений
— Качество обслуживания

15. С помощью смарт карт выполняется:
— Шифрование пароля
— Шифрование имени пользователя
— авторизация
+ аутентификация

16. Для шифрования байта данных 10110110 был сгенерирован псевдослучайный код, который в битном представлении выглядит так: 10110000. Каким будет битное представление зашифрованного байта данных?
— 00000000
— 11111111
— 11111001
+ 00000110

17. С какой приставки начинается url web- страницы, для загрузки которой необходимо создать защищенное соединение?
— ssl
+ https
— http
— S- ssl

18. В списке доступа маршрутизатора IP-адрес и маска адреса указанные следующим образом: 192.131.122.0 0.0.0.255. Какие хосты смогут передавать свои пакеты в сеть, защищается с помощью этого списка доступа?
— 255 хостов какой-либо сети
— 192 хосты сети, в IP-адресе которой присутствует число 255
— 131 хост сети, в IP-адресе которой присутствует число 255
+ Любой хост сети с IP-адресом 192.131.122.0

19. LAN — это:
— Сети, объединяющие территориально разрозненные компьютеры, которые могут размещаться в разных городах, областях, регионах, странах;
+ Сети компьютеров, размещенные на небольшой территории и для связи используют высококачественн ые линии связи;
— Сети компьютеров, которые обслуживают территорию большого города
— Сети, состоящие из нескольких терминалов, расположенных на больших расстояниях

20. сan — это:
— Сети компьютеров, размещенные на небольшой территории и для связи используют высококачественн ые линии связи
— Сети компьютеров, которые обслуживают территорию большого города
+ Сети компьютеров, которые объединяют несколько равноправных локальных сетей
— Сети, состоящие из нескольких терминалов, расположенных на больших расстояниях

21. Эталонная модель ISO / OSI складывается из:
— 5 уровней
+ 7 уровней
— 6 уровней
— 8 уровней

Источник

Технология передачи данных в компьютерных сетях

Технологии передачи данных в своей работе используют (в зависимости от конкретной их реализации) различные физические интерфейсы.

Интерфейсы делятся на две категории:

Организация передачи данных в компьютерной сети происходит в тесном взаимодействии этих двух интерфейсов: физический компонент (сетевая карта) и логический (ее драйвер).

Давайте рассмотрим сам процесс организации передачи данных более подробно!

Сначала происходит вот что: приложение (программа) обращается к ОС за разрешением для сетевого взаимодействия с другим устройством (принтером, удаленным компьютером, камерой наблюдения и т.д.) Операционная система дает команду драйверу сетевой карты, который загружает в буфер карты первую порцию данных и инициирует работу интерфейса на передачу.

На другом конце линии (сети) удаленное устройство принимает в буфер своей сетевой карты поступающие данные. После окончания передачи протокол проверяет нет ли в передаваемых частях (пакетах) данных ошибок (если надо запрашивает их повторную передачу) и загружает принятые данные из буфера карты в заранее зарезервированное пространство оперативной памяти. Оттуда уже конечное приложение (программа) извлекает информацию и работает с ней.

Современные технологи и методы передачи данных, в большинстве случаев, основаны на клиент-серверном взаимодействии.

Один сервер может обслуживать сразу множество клиентов. На них установлены клиентские модули программ, которые подключаются к базе и поддерживают только графический интерфейс работы с ней. Все вычисления и обработка, при этом, происходят на сервере и с использованием его ресурсов.

Клиент-серверная составляющая, которая предоставляет доступ к какому-то ресурсу компьютера через сеть называется сетевой службой. Причем, каждая служба связана с определенным типом сетевых ресурсов.

В свете всего сказанного выше, технологии передачи данных должны опираться не просто на операционные системы, а на сетевые ОС, которые предоставляют пользователю доступ к информационным и аппаратным ресурсам других компьютеров. Причем эти операционные системы, согласно изложенным выше определениям, также делятся на два больших класса: серверные и клиентские ОС.

Клиентские системы обращаются, в основном, с запросами к серверным компонентам других компьютеров, а серверные компоненты серверной ОС предоставляют эти услуги. Конечно, на данный момент, практически любая современная ОС способна выполнять как роль клиента, так и сервера. Серверные системы просто изначально созданы из расчета обслуживания ими максимального количества обращений и обладают лучшей отказоустойчивостью (надежностью).

Современные (цифровые) технологии передачи сигнала связаны с его преобразованием (кодированием). Зачем нам это нужно? На то есть несколько причин:

На фото ниже представлено два сигнала: аналоговый (красная линия) и цифровой (черные «ступеньки»)

В данном случае аналоговая последовательность была оцифрована (дискретизирована) с определенной частотой. Чем выше будет частота дискретизации, тем меньший шаг будут иметь наши «ступеньки» и тем более похож будет оцифрованный сигнал на исходный (красный).

Похожие процессы происходят и при дискретизации (оцифровке) нашего голоса, снимаемого со входа микрофона звуковой картой компьютера.

Современные технологии передачи данных позволяют производить кодирование сигнала и другими (более эффективными) способами.
По способу реализации процедура делится на:

Для технологии кодирования определенная проблема при передаче данных состоит в том, что внешние (по отношению к самому компьютеру) линии передачи данных могут быть растянуты на большие расстояния и подвержены воздействию различных помех и наводок. Это приводит к искажению эталонных прямоугольных импульсов передачи сигнала и нужны новые (надежные) алгоритмы его кодирования и передачи.

В вычислительных сетях применяется как потенциальное, так и импульсное кодирование. Также применяется и такой способ передачи данных, как модуляция.

При модуляции дискретные данные передаются с помощью синусоидального сигнала той частоты, которую хорошо передает имеющаяся в распоряжении линия связи.

Первые два варианта преобразования применяются для линий высокого качества, а модуляция используется в каналах с сильными искажениями сигнала. Модуляция, к примеру, используется в глобальных сетях при передаче трафика через аналоговые телефонные каналы связи, которые были разработаны специально для передачи голоса (аналоговой составляющей) и поэтому плохо подходят для передачи цифровых импульсов.

На сам способ передачи оказывает влияние и такая вещь, как количество проводников (жил) в линиях связи. Для снижения их стоимости количество проводов, зачастую, снижается. При такой технологии передача данных осуществляется последовательно, а не параллельно (как это принято для линий связи внутри компьютера).

К способам кодирования на физическом уровне относятся такие алгоритмы, как NRZ (NonReturnZero), Манчестерский код (Manchester), MLT-3 (MultiLevelTransmission) и ряд других.

Логическое кодирование, как можно понять из названия, осуществляется по верху физического (накладываясь на него) и служит для обеспечения дополнительной надежности при передаче данных. Каким же образом?

В основном, для логического преобразования применяются три технологии:

Внутри корпуса компьютера эта проблема решается просто, так как все устройства: оперативная память, видеокарта, центральный процессор и т.д. синхронизируются от общего тактового генератора, расположенного на материнской плате.

Примечание: контрольная сумма это —некоторое значение, рассчитанное путем «наложения» на данные определённого алгоритма и используемое для проверки их целостности при передаче. Контрольные суммы могут использоваться для быстрого сравнения двух наборов данных на их идентичность. Отличающиеся данные будут иметь разные контрольные суммы.

В зависимости от того, могут ли они передавать данные в обоих направлениях или нет, физические каналы делятся на несколько видов:

Источник

Характеристики физических каналов

Основные характеристики, связанные с передачей трафика через физические каналы:

• Предложенная нагрузка— это поток данных, поступающий от пользователя на вход

сети, характеризуется скоростью поступления данных в сеть в битах в секунду (или килобитах, мегабитах и т. д.).

• Скорость передачи данных(information rate) — это фактическая скорость потока данных, прошедшего через сеть. Эта скорость может быть меньше, чем скорость предложенной нагрузки, так как данные в сети могут искажаться или теряться.

• Емкость канала связи(capacity), называемая также пропускной способностью,представляет собой максимально возможную скорость передачи информации по каналу. Спецификой этой характеристики является то, что она отражает не только параметры физической среды передачи, но и особенности выбранного способа передачи дискретной информации по этой среде.

• Полоса пропускания(bandwidth) — этот термин может ввести в заблуждение, потому что он используется в двух разных значениях. Во-первых, с его помощью могут характеризовать среду передачи. В этом случае он означает ширину полосы частот, которую линия передает без существенных искажений. Из этого определения понятно происхождение термина. Во-вторых, термин «полоса пропускания» используется как синоним термина емкость канала связи. В первом случае полоса пропускания измеряется в герцах (Гц), во втором — в битах в секунду. Различать значения термина нужно по контексту, хотя иногда это достаточно трудно. Полоса пропускания определяет диапазон частот синусоидального сигнала, при которых этот сигнал передается по линии связи без значительных искажений.

Физические каналы связи делятся на несколько типов в зависимости от того, могут они передавать информацию в обоих направлениях или нет.

• Дуплексный каналобеспечивает одновременную передачу информации в обоих направлениях. Дуплексный канал может состоять их двух физических сред, каждая их которых используется для передачи информации только в одном направлении. Возможен вариант, когда одна среда служит для одновременной передачи встречных потоков.

• Полудуплексный каналтакже обеспечивает передачу информации в обоих направлениях, но не одновременно, а по очереди.

• Симплексный каналпозволяет передавать информацию только в одном направлении. Часто дуплексный канал состоит из двух симплексных каналов.

Сетевые топологии

Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и неполносвязные.

Рис. 2.10.Типовые топологии сетей

Ячеистая топологияполучается из полносвязной путем удаления некоторых связей (рис. 2.10, б). Характерна, как правило, для крупных сетей.

В сетях с кольцевой топологией(рис. 2.10, в) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. Звездообразная топология(рис. 2.10, г) образуется в случае, когда каждый компьютер

подключается непосредственно к общему центральному устройству, называемому концентратором.Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой звездообразными связями (рис. 2.10, д). Получаемую в результате структуру называют иерархической звездой,или деревом.В настоящее время дерево является самой распространенной топологией связей как в локальных, так и глобальных сетях.

Особым частным случаем звезды является общая шина(рис. 2.10, е). Основными преимуществами такой схемы являются ее дешевизна и простота присоединения новых узлов к сети, а недостатками — низкая надежность (любой дефект кабеля полностью парализует всю сеть) и невысокая производительность (в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные по сети, поэтому пропускная способность делится здесь между всеми узлами сети).

Источник

Организация физических и логических каналов в беспроводных сетях и системах связи

III. Организация физических и логических каналов в беспроводных сетях и системах связи

3.1. Понятия физического и логического канала

Под каналом связи следует понимать путь или совокупность средств, по которым передаются сигналы от одного абонента другому. Средства передачи сигналов называют абонентским или физическим каналом. Каналы связи организуются на линиях связи при помощи сетевого оборудования и физических сред связи. В качестве физической среды связи могут быть применены витые пары, коаксиальные кабели, оптический канал, эфир. Физический канал может состоять из одной или нескольких физических сред и аппаратуры передачи/приема данных. Между взаимодействующими информационными системами через физические каналы коммуникационной сети и узлы коммутации устанавливаются логические каналы.

Логический канал можно охарактеризовать, как маршрут, проложенный через физические каналы и узлы коммутации. Логический канал прокладывается по маршруту в одном или нескольких физических каналах. Каждый логический канал решает вполне определенную задачу. Происходит как бы вложение логических каналов в частотно-временную структуру физических каналов.

Рассмотрим некоторые основные понятия, связанные с передачей информации через физический канал:

При коммуникации двух компьютеров обычно требуется передавать информацию в обоих направлениях. Даже в случае, когда пользователю кажется, что он только получает информацию, обмен информации идет в обоих направлениях. Просто существует основной поток данных, который интересует пользователя и вспомогательный поток противоположного направления, который образует квитанции о получении этих данных. Физические каналы связи делятся на несколько типов, в зависимости от того могут они передавать информацию в обоих направлениях или нет:

Канал называется выделенным, если только один пользовательский терминал занимает физический канал, и общим, если по каналу передается информация нескольких пользователей.

Объединенный канал соединен с мобильным устройством в добавление к выделенному каналу и передает сигнальную информацию об операциях по этому каналу.

Широковещательные логические каналы предназначены для передачи информации, которые должны быть приняты всеми устройствами сети, т. е. информацию общего пользования. Это может быть сигналы опроса устройств сети, сигналы настройки и т. д.

В зависимости от числа абонентов, взаимодействующих во время сеанса друг с другом, выделяют три типа логических каналов:

1. Логический канал, обеспечивающий передачу данных между двумя абонентами;

2. Логический канал, связывающий одного абонента с группой абонентов;

3. Логический канал, осуществляющий в локальной сети связь друг с другом группы абонентов.

1. Ориентированный на установление соединения синхронный канал (SCO);

2. Асинхронный канал без установления соединения (ACL).

Вместе с тем имеется пять типов логических каналов передачи данных, предназначенных для переноса различных типов трафика:

Организация физического канала подразумевает решение целого ряда радиотехнических задач, таких как модуляция, уплотнение каналов, расширение спектра и т. д. Далее будут подробно рассмотрены некоторые аспекты организации физических каналов в беспроводных системах передачи информации.

3.2. Методы модуляции в беспроводных системах связи

Исторически модуляция начала применятся для аналоговой информации и только потом для дискретной. Необходимость в модуляции аналоговой информации возникает, когда нужно передать низкочастотный (например, голосовой) аналоговый сигнал через канал находящийся в высокочастотной области спектра.

В беспроводной технологии в процессе модулирования задействованы одна или несколько характеристик несущего сигнала: амплитуда, частота или фаза. Соответственно существуют три основные технологии кодирования или модуляции:

1. амплитудная манипуляция (Amplitude-Shift Keying, ASK);

2. частотная манипуляция (Frequency-Shift Keying, FSK);

3. фазовая манипуляция (Phase-Shift Keying, PSK).

3.2.1. Амплитудная манипуляция

.

Здесь — несущее колебание.

3.2.2. Частотная манипуляция

Наиболее распространенной формой частотной манипуляции является бинарная или двухчастотная (Binary FSK, BFSK), в которой два двоичных числа представляются сигналами двух различных частот, расположенных около несущей (рис.3.2.2). Результирующий сигнал равен

.

где и — частоты, смещенные от несущей частоты на величины, равные по модулю, но противоположные по знаку. BFSK менее восприимчива к ошибкам, чем ASK.

Более эффективной, является схема многочастотной манипуляции (Multiple FSK, MFSK), в которой используются более двух частот. В этом случае каждая сигнальная посылка представляет собой более одного бита.

3.2.3. Фазовая манипуляция

При фазовой манипуляции для представления данных выполняется смещение несущего сигнала. Самой простой фазовой манипуляцией является двухуровневая манипуляция (Binary PSK, BPSK), где для представления двух двоичных цифр используются две фазы (рис.3.2.3). Получающийся сигнал имеет следующий вид:

.

Альтернативной формой BPSK является дифференциальная фазовая манипуляция (Differential PSK, DPSK). При этом двоичный 0 представляется сигнальным пакетом, фаза которого совпадает с фазой предыдущего посланного пакета, а двоичная 1 представляется сигнальным пакетом с фазой, противоположной фазе предыдущего пакета. Такая схема называется дифференциальной, поскольку сдвиг фаз выполняется относительно предыдущего переданного бита, а не относительно какого-то эталонного сигнала. При дифференциальном кодировании передаваемая информация представляется не сигнальными посылками, а изменениями между последовательными сигнальными посылками. Схема DPSK делает излишним строгое согласование фазы местного гетеродина приемника и передатчика. До тех пор пока предыдущая полученная фаза точна, точен и фазовый эталон.

Если каждой сигнальной посылкой представить более одного бита, то это позволит эффективнее использовать полосу сигнала. Например, в распространенной кодировке, известной как квадратурная фазовая манипуляция (Quadrature PSK, QPSK), вместо сдвига фазы на , как в кодировке BPSK, используются сдвиги фаз, кратные . При QPSK:

.

Таким образом, каждая сигнальная посылка представляет не один бит, а два. Описанную схему можно расширить: передавать, например, по три бита в каждый момент времени, используя для этого восемь различных углов сдвига фаз. Более того, при каждом угле можно использовать несколько амплитуд.

3.3. Методы уплотнение каналов в беспроводных системах связи

3.3.1. Уплотнение с частотным разделением

Системы уплотнения с частотным разделением (FDM, Frequency Division Multiplexing) появились раньше других и за историю своего развития достигли значительного совершенства. Такие системы используют для передачи как непрерывных, так и дискретных сообщений. При использовании однополосной модуляции каналы систем с частотным разделением являются наиболее узкополосными. Аппаратура этих систем обладает высокой помехоустойчивостью, проста в эксплуатации, легко реализуется на десятки тысяч стандартных каналов.

Недостатками систем с разделением каналов по частоте являются: расширение полосы частот с увеличением количества каналов, неполное использование заданного диапазона частот из-за потерь на «расфильтровку», громоздкость и высокая стоимость аппаратуры.

Сущность этого способа заключается в том, что спектры канальных сигналов размещают в неперекрывающихся частотных полосах, поэтому в приемной части аппаратуры канальные сигналы разделяют частотными фильтрами. Формирование канальных сигналов можно выполнять различными способами: с помощью амплитудной, балансной, однополосной, частотной, фазовой модуляций и др. Каждое устройство работает на строго определенной частоте, благодаря чему несколько устройств могут вести передачу данных на одной территории (рис.3.2.1).

Для иллюстрации частотного разделения рассмотрим двухканальную систему изображенную на рис.3.2.2. Пользовательская информация от источников И1 и И2 поступают на входы модуляторов М1 и М2 где модулируют отличные друг от друга несущие частоты вырабатываемые генераторами Г1 и Г2. После выделения необходимой полосы частот полосовыми фильтрами ПФ1 и ПФ2 оба канальных сигнала излучаются в эфир. На приемной стороне для выделения канальных сигналов используют соответственно ПФ3 и ПФ4 (АЧХ этих фильтров одинаковы, соответственно, с ПФ1 и ПФ2). Выделенные канальные сигналы преобразуются преобразователями частоты (гетеродины и смесители Гт1, См1 и Гт2, См2). ПФ5 и ПФ6 необходимы для формирования избирательных характеристик преобразователей частоты. Выделенные и преобразованные канальные сигналы детектируются детекторами Д1 и Д2. Таким образом, на входы получателей П1 и П2 поступают копии сигналов от И1 и И2.

Наглядная иллюстрация схемы частотного уплотнения- функционирование в одном городе нескольких радиостанций, работающих на разных частотах. Для надежной отстройки друг от друга их рабочие частоты должны быть разделены защитным частотным интервалом, позволяющим исключить взаимные помехи. Эта схема, хотя и позволяет использовать множество устройств на определенной территории, сама по себе приводит к неоправданному расточительству обычно скудных частотных ресурсов, поскольку требует выделения отдельной частоты для каждого беспроводного устройства.

3.3.2. Уплотнение с временным разделением

Системы уплотнения с временным разделением (TDM, Time Division Multiplexing) имеют ряд существенных преимуществ, и нашли большее применение для передачи непрерывных и дискретных сообщений.

Основные достоинства этих систем: возможность обеспечения высокой помехоустойчивости вследствие применения цифровых методов модуляции; отсутствие канальных полосовых фильтров (стоимость фильтров составляет до 40 % общей стоимости оборудования); высокая стабильность характеристик каналов; возможность осуществления автоматической коммутации; дешевизна и малые габариты аппаратуры.

К недостаткам относятся: необходимость обеспечения высокой синхронизации коммутаторов каналов, расширение полосы занимаемых частот при большом числе каналов, появление взаимных влияний между каналами при искажении формы импульсов из-за нелинейности ФЧХ и неравномерности АЧХ тракта.

Сущность временного способа разделения заключается в том, что линия связи периодически на короткие промежутки времени подключается к источнику и приемнику сигналов каждого канала таким образом, чтобы использование линии связи всеми источниками и потребителями выполнялось поочередно. Канальные сигналы получаются разделенными по времени передачи, они существуют в непересекающиеся промежутки времени. Иными словами, каждый передатчик транслирует сигнал на одной и той же частоте и области пространства, но в различные промежутки времени (как правило, циклически повторяющиеся) при строгих требованиях к синхронизации процесса передачи (рис.3.2.3).

Рассмотрим с помощью простейшей структурной схемы двухканальной системы (рис.3.2.4) особенности временного разделения канальных сигналов. Схема включает источники сигналов И1, И2, коммутирующие ключи передатчика К1, К2 и приемника К3, К4, генераторы Г1, Г2 приемника и передатчика, получатели сигналов П1, П2, а так же канал синхронизации.

Канал синхронизации предназначен для управления работой канальных генераторов тактовых импульсов (Г1 и Г2), которые генерируют периодическую последовательность видеоимпульсов с постоянной амплитудой, периодом и длительностью. Последовательности видеоимпульсов на выходах Г1 сдвинуты по времени на некоторое значение , которая определяет разнос каналов по времени. Г1 управляет работой ключей К1, К2 каналов, которые в нормальном состоянии закрыты. На время действия видеоимпульсов ключи открываются и напряжения и от источников И1, И2 подаются в линию связи. Очередность работы каналов обеспечивается, как видно, сдвигом во времени на периодических последовательностей видеоимпульсов, управляющих ключами. Суммарный сигнал формируется как сумма канальных сигналов и . На приемной стороне ослабленный воздействием помех суммарный сигнал поступает на входы ключей К3, К4 который работают в такт с ключами К1, К2 передатчика. Таким образом, происходит разделение канальных сигналов и .

Временные диаграммы на рис.3.2.5 наглядно показывает, что канальные сигналы в линии связи существуют в непересекающиеся промежутки времени. Следует, отметит что, канал синхронизации присуще синхронным системам связи. В асинхронных же системах такой канал отсутствует, а синхронизация производится передаваемыми пакетами данных.

Подобная схема достаточно удобна, так как временные интервалы (таймслоты) могут динамично перераспределяться между устройствами сети. Устройствам с большим трафиком назначаются более длительные интервалы, чем устройствам с меньшим объемом трафика. Несмотря на некоторые недостатки, успешный опыт эксплуатации TDM-систем, в современных технологиях беспроводной передачи информации свидетельствует о ее достаточной надежности.

3.3.3. Уплотнение с кодовым разделением

3.4. Методы расширения спектра в беспроводных сетях

3.4.1. Обзор методов расширения спектра и их сравнительный анализ

Как упоминалось в главе 1 в ситемах беспроводной передачи информации применяются два метода расширения спектра: FHSS и DSSS.

В методе FHSS приемник и передатчик синхронно каждые несколько миллисекунд перестраиваются на различные несущие частоты в соответствии с алгоритмом, задаваемым псевдослучайной последовательностью. Лишь приемник, использующий ту же самую последовательность может принять сообщение. При этом предполагается, что другие системы работающие в том же частотном диапазоне используют иную последовательность и поэтому практически не мешают друг другу. Для тех случаев, когда два передатчика пытаются использовать ту же самую частоту одновременно, предусмотрен протокол разрешения столкновений, по которому передатчик делает попытку повторно послать данные на следующей в последовательности частоте.

3.4.2. Метод расширения спектра скачкообразной перестройкой частоты (FHSS)

Для того чтобы радиообмен нельзя было перехватить или подавить узкополосным шумом, было предложено вести передачу с постоянной сменой несущей в пределах широкого диапазона частот. В результате мощность сигнала распределялась по всему диапазону, и прослушивание какой-то определенной частоты давало только небольшой шум. Последовательность несущих частот выбиралась псевдослучайной, известной только передатчику и приемнику. Попытка подавления сигнала в каком-то узком диапазоне также не слишком ухудшала сигнал, так как подавлялась только небольшая часть информации. Идею этого метода иллюстрирует рис.3.2.6.

В течение определенного фиксированного интервала времени передача ведется на неизменной несущей частоте. На каждой несущей частоте для передачи дискретной информации применяются стандартные методы модуляции. Для того чтобы приемник синхронизировался с передатчиком, для обозначения начала каждого периода передачи в течение некоторого времени передаются синхробиты. Так что полезная скорость этого метода кодирования оказывается меньше из-за постоянных накладных расходов на синхронизацию. Несущая частота меняется в соответствии с номерами частотных подканалов, вырабатываемых алгоритмом псевдослучайных чисел. Псевдослучайная последовательность зависит от некоторого параметра, который называют начальным числом. Если приемнику и передатчику известны алгоритм и значение начального числа, то они меняют частоты в одинаковой последовательности, называемой последовательностью псевдослучайной перестройки частоты.

Если частота смены подканалов ниже, чем скорость передачи данных в канале, то такой режим называют медленным расширением спектра (рис.3.2.7,а); в противном случае мы имеем дело с быстрым расширением спектра (рис.3.2.7,б).

Метод быстрого расширения спектра более устойчив к помехам, поскольку узкополосная помеха, которая подавляет сигнал в определенном подканале, не приводит к потере бита, так как его значение повторяется несколько раз в различных частотных подканалах. В этом режиме не проявляется эффект межсимвольной интерференции, потому что ко времени прихода задержанного вдоль одного из путей сигнала система успевает перейти на другую частоту.

Метод медленного расширения спектра таким свойством не обладает, но зато он проще в реализации и имеет меньшие накладные расходы.

Методы FHSS используются в беспроводных технологиях IEEE 802.11 и Bluetooth.

Рассмотрим принцип работы метода FHSS по укрупненной схеме изображенной на рис.3.2.8. Пользовательские данные (последовательность видеоимпульсов) формируемые на выходе кодера поступают на вход FSK модулятора. Модулированные радиоимпульсы поступают на первый вход микшера, а высокочастотные колебания, формируемые на выходе синтезатора частот подаются на второй вход. Таким образом, пользовательские данные переносятся в верхнюю область спектра. Следует отметит что, частота колебаний формируемых на выходе синтезатора частот зависят от псевдослучайной последовательности на выходе PN-генератора (генератор псевдослучайной последовательности). В результате на выходе передатчика формируется последовательность радиоимпульсов со скачкообразно меняющейся частотой. В приемнике последовательность радиоимпульсов смещается в область более низких частот. Это операция производится синтезатором частот приемника который работает с одноименным блоком передатчика. Далее смещенный сигнал обрабатывается FSK-демодулятором и декодером.

Метод FHSS применяется в технологиях стандарта IEEE 802.11 и в Bluetooth технологиях.

3.4.3. Прямое последовательное расширение спектра (DSSS)

В методе прямого последовательного расширения спектра также используется весь частотный диапазон, выделенный для одной беспроводной линии связи. В отличие от метода FHSS весь частотный диапазон занимается не за счет постоянных переключений с частоты на частоту, а за счет того, что каждый бит информации заменяется N битами, каждая из которых передается на определенной частоте. Такая замена, означает, что спектр сигнала также расширяется в N раз. Достаточно соответствующим образом выбрать значение N, чтобы спектр сигнала заполнил весь диапазон. Другими словами в DSSS, расширение спектра реализуется путем прямого умножения информационной единицы (0 или 1) на псевдослучайную последовательность. Пусть — длительность информационного символа (бита). Каждый элемент двоичной последовательности длится секунд. Последовательность выбирается таким образом, что бы стороннему наблюдателю она казалось случайной, т. е. с его очки зрения ее свойства должны быть похожи на свойства шума.

Используемые для расширения спектра сигнала чиповые последовательности должны удовлетворять определённым требованиям автокорреляции (под термином автокорреляции в математике подразумевают, степень подобия функции самой себе в различные моменты времени). Если подобрать такую чиповую последовательность, для которой функция автокорреляции будет иметь резко выраженный пик лишь для одного момента времени, то такой информационный сигнал, возможно будет выделить на уровне шума. Такими свойствами обладают последовательности Баркера. Именно они применяются в технологиях стандарта IEEE 802.11 (см. глава 2). Последовательности Баркера обладают наиболее совершенными автокорреляционными характеристиками, т. к. в этом случае обеспечиваются наименьший уровень боковых лепестков автокорреляционной функции. Иными словами, обеспечивается резко выраженный пик автокорреляционной последовательности.

Источник