1. Физический уровень

По разделу 1 следует изучить темы: Согласование характеристик сигналов и каналов, Управляемые носители информации, Беспроводная связь, Спутники связи, Коммутируемая телефонная сеть общего пользования, Кабельное телевидение.

1.1. Согласование характеристик сигналов и каналов

По теме необходимо изучить основы теорий: сигналов, информации с учетом внимания многих специалистов и производств к созданию: автономных и бортовых комплексов для многоцелевого анализа динамических характеристик процессов в реальном масштабе серверно-сетевого управления сложными, многомерными процессами в океанотехнике и энергомашиностроении.

Следует изучить магистрально-модульные, микропроцессорные тесторы, анализаторы и встроенные измерительно-вычислительные комплексы (спектрального, корреляционного, характеристического, многофакторного анализа). Адаптивные процессы согласования параметров сетевых измерителей и регуляторов непосредственно опираются на достижения в этом важном направлении современной автотроники и телематики.

Скорость передачи сообщений в канале с полосой частот H (Гц) зависит от отношения сигнал/шум (S/N) и определяется по формуле: H log2 (1+S/N).

На практике чаще используют модель непериодического сигнала - предел периодическогосигналаприпериоде, стремящемсякбесконечности. Тогдапри

	Т→ ∞	ω =	2π	→ 0 .
			Е

Но ω характеризует расстояние между соседними спектральными линиями в спектре сигнала. Следовательно, спектр непериодического сигнала уже не будет дискретным, абудетсплошным.

Оба представления сигнала как временное, так и спектральное (частотное) являются равнозначными. Обе формы представления полностью описывают сигнал. Необходимо знатьспособы переходаот одногоописаниясигналакдругому, так как одни преобразования легче выполняются при временном описании, другие - при частотном..

В сигнале с манчестерским кодированием существует два вида переходов (фронтов сигналов): информационные (в середине битовых интервалов) и граничные (на границе битовых интервалов). Задача дешифрации сводится к тому, чтобы разделить эти два вида переходов, отсечь граничные и далее работать уже только с информационными. Простейший путь для этого – формировать по переходу любой полярности запрещающего импульса длительностью больше половины битового интервала, но меньше целого битового интервала, например, 0,75 от длительности битового интервала. При этом надо обеспечить, чтобы первым переходом в пакете всегда был информационный. Итак, после первого перехода пакета запрещаем поступление

27

входного сигнала (реакцию на него) на время 0,75 Т. Затем снова разрешаем реакцию на любой переход. Этот сигнал запрета может использоваться в качестве строба данных, а данными может служить сам входной сигнал в коде Манчестер-II (придётся задержать строб относительно данных).

Вопросы для самопроверки

по теме - Согласование характеристик сигналов и каналов

1.Поясните способы согласования спектральных и вероятностных характеристик сигнал + шум с характеристиками канала.

2.Определите роль встроенных магистрально-модульных микросистем для адаптивной дискретизации динамических процессов.

3.Определите интерес к разработке линейных кодов для модемных систем и интерфейсов промышленных, бортовых, автономных, гранулированных сетей на примерах: Profibus, HART.

1.2.Управляемые носители информации

По теме необходимо изучить элементы: магнитных носителей, сред передачи сообщений.

Среды (в частности линии связи) – основа телекоммуникаций: телефонные и телеграфные провода, подвешенные в воздухе; медные коаксиальные кабели;

медные витые пары; волоконно-оптические кабели; радиоволны.
Линии	связи с промежуточной	аппаратурой	делят	на	аналоговые	и
цифровые.	В аналоговых линиях связи для уплотнения			низкоскоростных
каналов в общий высокоскоростной		используется способ разделения частот
(FDM), а	в цифровых – способ	разделения	во времени		(TDM).	К

характеристикам линии относятся: амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания и затухание сигнала на определенной частоте.

Современные стандарты определяет характеристики не отдельного кабеля, а полного набора элементов, необходимого для создания “ готового кабельного соединения”, например, “шнура” от рабочей станции до розетки, самой розетки, основного кабеля, жесткого кроссового соединения и шнура до концентратора. Стандарты определены для четырех типов кабеля на основе: неэкранированной витой пары, экранированной витой пары, коаксиального и волоконнооптического кабелей.

При передаче дискретных сообщений через узкополосный телефонный канал чаще используют тональную модуляцию. В низкоскоростных модемных каналах применяется изменение частоты несущей синусоиды. Современные модемы работают на комбинированных способах квадратурной амплитудной модуляции (QAM), для которой характерны 4 уровня амплитуды несущей синусоиды и 8 уровней фазы. Часть из возможных 32 сочетаний метода QAM

используются для распознавания		искаженных сообщений. В	широкополосных
каналах применяют	модемы	с кодеками на основе	потенциальных и

28

импульсных способов помехоустойчивого кодирования (различные уровни постоянного потенциала сигнала, полярности импульса или его фронтов).

При использовании линейных потенциальных кодов (передача сообщений в форме длинных последовательностей нулей или единиц) приемнику сложно определить момент съема очередного кадра. Потенциальный код без возвращения к нулю (NRZ) не является самосинхронизирующимся и создает

постоянную	составляющую. Популярным	в	LAN	способом линейного
кодирования	является Манчестерский	код (самосинхронизирующийся,
полутактный, фазоманипулированный).
Для NRZ используются способы логического кодирования, исключающие
длинные последовательности нулей: ведение			дополнительных комбинаций в

информационные коды сообщения (коды типа 4В/5В); скрэмблирование кодов сообщений (коды типа 2В1Q). Улучшенные потенциальные коды обладают более узким спектром, чем импульсные, поэтому они находят применение на физическом уровне высокоскоростных сетей.

Синхронные протоколы делятся на символьно-ориентированные и бит-

ориентированные. В первых для этой цели используются символы кодов ASCII или EBCDIC, а в последних - специальный набор бит, называемый флагом.

В дейтаграммных протоколах отсутствует процедура предварительного установления соединения и срочные данные отправляются в сеть без задержек.

Протоколы с установлением соединения могут обладать многими дополнительными свойствами, отсутствующими у дейтаграммных протоколов. Циклические избыточные коды (CRC) выявляют многократные ошибки. Для восстановления кадров используется метод повторной передачи на основе квитанций. Этот метод работает по алгоритму с простоями источника, а также по алгоритму скользящего окна.

Для повышения скорости передачи данных в сетях применяется

динамическая компрессия данных на основе различных алгоритмов.

Коэффициент сжатия зависит от типа данных и применяемого алгоритма и может колебаться в пределах от 1:2 до 1:8.

Вопросы для самопроверки по теме – Управляемые носители информации

1.Могут ли цифровые линии связи передавать аналоговые данные?

2.Назовите методы компрессии, наиболее подходящие для текстовой информации. Почему они неэффективны для сжатия двоичных данных?

3.Сеть с коммутацией пакетов испытывает перегрузку. Для устранения этой ситуации размер окна в протоколах компьютеров сети нужно увеличить или уменьшить?

4.Как влияет надежность линий связи в сети на выбор размера окна?

5.В чем проявляется избыточность TDM-технологии?

6.Какой способ коммутации более эффективен: коммутация каналов или коммутация пакетов?

29

7.Объясните разницу между тремя понятиями: логические соединения, на которых основаны некоторые протоколы; виртуальные каналы в сетях с коммутацией пакетов; составные каналы в сетях с коммутацией каналов.

1.3. Беспроводные сети

При изучении темы следует изучить роль Federal Communication Commision (FCC) для распределения полос электромагнитного спектра различных сетей. Следует выделить системы связи с применением расширенного спектра с перестройкой частоты, расширенного спектра с прямой последовательностью, с

узкой частотной полосой (902-928 МГц, 2,4-2,4835 ГГц, 5,735-5,860 ГГц).

Информация в Bluetooth (BT) передается пакетами, состоящими из полей кода доступа (72 бит), заголовка (54 бит) и контейнера для данных (payload) длиной 0 - 2745 бит. Последние два поля могут и отсутствовать. Для связей АСL предусмотрено 6 типов пакетов с защитой СRС. В случае обнаружения ошибки предусматривается повторная передача и введена 1 беззащитная (без повторов) передача.

Пакет - Data Medium - данные с умеренной скоростью (DMI) содержит до 18 информационных байт (включая байт заголовка) и 16 -битный СRС.

Пакет - Data High - данные с высокой скоростью (DHI) содержит по 28 информационных байтов, 16-битный СRС, но кодированию FЕС не подвергается.

Пакеты DM3 и DH3 аналогичны предыдущим, но могут содержать до 123 и 185 информационных байтов (включая уже двухбайтный заголовок) и занимать до трех слотов.

Пакеты DM5 и DН5 могут содержать до 226 и 342 байтов и занимать до 5 слотов.

Пакет АUХ1 аналогичен DH1, но не имеет СRС, за счет чего может содержать до 30 информационных байтов.

Для передачи голоса данные в контейнерах не защищаются СRС, повторные передачи по ошибке приема не предусмотрены.

Пакеты - High - quality voice - высококачественный голос (НV1) несут 10 байтов, защищаемых по 1/3 FЕС. Такие пакеты несут по 1,25 мс голосового потока 64 Кбит/с и должны передаваться по одному на каждые 2 слота.

Пакеты НV2 несут 20 байтов, защищаемых по 2/3 FЕС (2,5 мс голоса); должны передаваться по одному на 4 слота.

Пакеты НV3 несут 30 байтов без защиты, должны передаваться по одному на 6 слотов.

Пакеты - Data Voice (DV) комбинируют 10 байтов незащищенного голоса и до 10 байтов данных, защищаемых по 2/3 FЕС.

Защита данных от искажения и контроль достоверности производятся несколькими способами.

Для сокращения числа повторов применяется избыточное кодирование - Forward Error Correction code (FЕС)).

30

В Bluetooth определены 5 логических каналов. Канал - Link Control (LC), «спрятанный» в заголовках пакета, служит для низкоуровневого контроля (управление потоком, подтверждение приема, определение характеристик контейнеров).

Канал - Link Manager (LM), служит для обмена информацией между менеджерами соединений ведущего и ведомых устройств. Этот канал использует защищенные контейнеры пакетов DМ.

Каналы - User Asynchronous/Isochronous Data (UA/UI)) несут пользовательские данные (пакеты 2 - го уровня протокольного стека), которые могут передаваться и во фрагментированном виде (занимая более одного пакета нижнего уровня). Изохронность обеспечивается пакетами верхних уровней протокола.

Канал - User Synchronous Data (UA/UI) прозрачно передает синхронный поток данных.

Каждый голосовой канал обеспечивает скорость по 64 Кбит/с в обоих направлениях. В канале может использоваться кодирование в формате РСМ

(импульсно-кодовая модуляция) или Continuous Variable Slope Delta Modulation (СVSD) - вариант адаптивной дельта импульсно - кодовой модуляции. Кодирование РСМ допускает компрессию по алгоритму G.711 и обеспечивает «телефонное» качество сигнала (8 - битные отсчеты, 64 Кбит в секунду). СVSD обеспечивает высокое качество - упаковывает входной РСМ и при этом

спектральная	плотность сигнала остается в полосе частот 4	- 32 кГц
(недостаточно	для передачи высококачественного аудио сигнала).	Голосовые

(речевые) каналы ВТ непригодны, однако сжатый сигнал (поток МРЗ) можно передавать по асинхронному каналу передачи данных.

Асинхронный канал обеспечивает скорость 723,2 Кбит/с в асимметричной конфигурации (оставляя в обратном канале - 57,6 Кбит/с) или 433,9 Кбит/с в каждую сторону в симметричной конфигурации.

Для обеспечения безопасности в ВТ применяется аутентификация и шифрование данных на уровне связи (link 1ауег), которые дополняются и средствами верхних протокольных уровней. На уровне связи для безопасности используется 48 - битный адрес устройства (BD_ADDR - Bluetooth device address), 128-битный ключ аутентификации пользователя, 8 -128 -битный ключ для шифрования данных и 128 - битное часто сменяемое псевдослучайное число.

Каждое устройство имеет свой уникальный адрес (BD_ADDR), формируемый по стандарту IEЕЕ 802. Из 24-битного идентификатора в адресе значащими являются только 8 бит. К ним добавляется (в виде младшей части) 24-битный идентификатор устройства, присваиваемый каждому устройству компанией-производителем. Таким образом, получается адресное пространство объемом 2 32 . Для того чтобы устройство ВТ смогло установить соединение с другим устройством, оно должно предварительно узнать его адрес. Этот адрес является исходным для определения последовательности перескоков и в процедурах аутентификации и согласования шифрования данных.

31

Канал в пикосети характеризуется мастером, задающим последовательность перескоков частот по закону, определяемому его адресом (BD_ADDR). Текущее положение (фаза) в этой последовательности определяется по «часам» мастера через его 28 - разрядный счетчик импульсов c частотой 3,2 кГц. Такие часы имеются в каждом устройстве, они работают постоянно и друг с другом никак не синхронизированы. Для того, чтобы постоянно иметь представление о часах мастера, устройства вычисляют текущее смещение показаний своих

часов относительно мастера. Суммированием	текущего	смещения с
показанием своих часов устройство определяет	ожидаемое	значение часов

мастера, что позволяет ему настраивать текущую частоту своего приемника на ожидаемую частоту сигнала от мастера и отсчитывать тайм-слоты, даже когда мастер «молчит». Автономный отсчет времени позволяет устройству «посещать» несколько пикосетей поочередно, имея представление об их времени и о положении их тайм-слотов.

Физически мастер и ведомые устройства идентичны, их «титулы» определяют лишь роли в протоколе (мастером может стать любое устройство). Более того, уже после установления пикосети может произойти смена ролей устройств. Для установления соединения в протоколе предусмотрена специальная процедура paging. Каждое устройство периодически входит в состояние сканирования (page scan), в котором оно прослушивает эфир на последовательности перескоков частот, определяемой его адресом. Эта последовательность короткая (32 или 16 перескоков для систем с полным или сокращенным частотным диапазоном соответственно), и фаза в последовательности также определяется внутренними часами устройства.

При сканировании устройство ожидает приема короткого пакета с кодом доступа DАС, содержащим его адрес, и, дождавшись, отвечает. Для установления соединения устройство-инициатор периодически входит в состояние page, в котором он посылает вышеуказанные пакеты, зная последовательность перескоков частот сканирования. Если у инициатора еще имеется и представление о часах искомого устройства, то соединение установится быстрее, поскольку частота будет искаться не вслепую, а с учетом ожидаемой фазы искомого устройства.

Специальная сеть, или независимая базовая зона обслуживания (IBSS), возникает, когда отдельные устройства-клиенты формируют самоподдерживающуюся сеть без использования отдельной точки доступа. В отличие от варианта использования расширенной зоны обслуживания (ESS), клиенты непосредственно устанавливают соединения друг с другом. В IBSS не существует механизма для реализации функции ретрансляции.

В IBSS отсутствует точка доступа, распределение времени (timing) осуществляется нецентрализованно. Клиент, начинающий передачу в IBSS, задает сигнальный (маячковый) интервал (beacon interval) для создания набора моментов времени передачи маячкового сигнала (set of target beacon transmission time, TBTT). Когда завершается ТВТТ, каждый клиент IBSS выполняет следующее.

32

•Приостанавливает все несработавшие таймеры задержки (backoff timer) из предыдущего ТВТТ.

•Определяет новую случайную задержку.

•Если маячковый сигнал поступает до окончания случайной задержки, возобновляет работу приостановленных таймеров задержки. Если никакой маячковый сигнал не поступает до окончания случайной задержки, посылает маячковый сигнал и возобновляет работу приостановленных таймеров задержки.

Вмаячковые сигналы встроена функция синхронизации таймера (timer synchronization function, TSF). Каждый клиент сравнивает TSF в маячковом сигнале со своим собственным таймером и, если полученное значение больше, считает, что часы передающей станции идут быстрее и подстраивает свой собственный таймер в соответствии с полученным значением. Это имеет долговременный эффект синхронизации работы всей неплановой сети по клиенту с самым быстрым таймером. В больших распределенных неплановых сетях, когда многие клиенты не могут связываться напрямую, может понадобиться некоторое время для достижения синхронизации всех клиентов.

BSS — группа работающих по стандарту 802.11 станций, связывающихся одна с другой. Технология BSS предполагает наличие особой станции, которая называется точка доступа (access point). Точка доступа - центральный пункт связи для всех станций BSS.

Фрагментация фрейма - выполняемая на уровне MAC функция для повышения надежности передачи фреймов через беспроводную среду. Под фрагментацией понимается дробление фрейма на меньшие фрагменты и передача каждого из них отдельно. Вероятность успешной передачи меньшего фрагмента через зашумленную беспроводную среду выше. Получение каждого фрагмента фрейма подтверждается отдельно; следовательно, если какой-нибудь фрагмент фрейма будет передан с ошибкой или вступит в коллизию, только его придется передавать повторно, а не весь фрейм. Это увеличивает пропускную способность среды.

Не существует какого-либо стандартного подхода к инкапсуляции или пересылке этих полученных через проводной интерфейс данных, поэтому зачастую нужно проверять, сертифицирован ли универсальный клиент или мост рабочей группы для работы с точкой доступа.

Защита в беспроводных сетях обеспечивается как за счет аутентификации, так и благодаря шифрованию. Ни один из названных механизмов в отдельности не способен обеспечить защиту беспроводной сети.

Вспецификации стандарта 802.11 регламентировано применение механизма аутентификации устройств с открытым и с совместно используемым ключом и механизма WEP, обеспечивающего защищенность данных на уровне проводных сетей. Оба алгоритма аутентификации, с открытым и с совместно используемым ключом, основаны на WEP-шифровании и применении WEPключей для контроля доступа.

33

Вопросы для самопроверки по теме - Беспроводные сети

1.Поясните роль Media Access Control.

2.Поясните роль Logical link control.

3.Поясните структуру фрейма, соответствующего стандарту 802.3.

4.Поясните роль контрольной последовательности фрейма (FCS).

5.Поясните роль широковещательного адреса Ethernet.

1.4.Спутники связи

При изучении темы необходимо ориентироваться на развитие техники и технологий спутниковой связи: высота орбиты, задержка, число спутников для покрытия всей поверхности земного шара, специфика транспондеров, трубы, пояса Ван Алена, зоны: GEO, MEO, LEO. Следует изучить выделенные ITU коммерческие параметры (частоты Нисходящих и Восходящих сигналов) частотные диапазоны (с возникающими проблемами: переполнения, интерференции, влияния дождя, стоимости оборудования) спутников связи (L, S, C, Ku, Ka).

Особо следует изучить: частотное и временное мультиплексирование сигналов транспондеров; пятна от сфокусированной, одновременной передачи нескольких сигналов; спутниковое широковещательное телевидение (на базе апертурных терминалов - VSAT, концентраторов и спутников связи). Следует изучить спеифику MEO на базе сети средневысотных спутников в GPS.

Следует изучить опыт работы Globalstar (48 низкоорбитальных спутников и обширная сеть мощных наземных маршрутизаторов).

Следует выделить особенности проекта Teledesic с небольшой стационарной антенной VSAT, сеть из 30 спутников на обите 1350 км с работой в диапазоне Ka и развитой космической системой с коммутацией пакетов через спутникимаршрутизаторы, связанные между собой.

Из-за большой задержки в спутниковых каналах (до 270 мс) использование несущей невозможно. Поэтому вместо протоколов класса CSMA/CD используют другие (объединение, ALOHA, FDM, TDM, CDMA).

В спутниковых системах передача ведется на более высокой частоте, чем прием сигнала со спутника. Обычный спутник обладает 12-20 транспондерами.

Спутники используют узкоапертурную технологию передачи - very small aperture terminals (VSAT). Терминалы используют антенны диаметром 1 метр. При этом канал к спутнику имеет пропускную способность 19,2 кбит/с, а со спутника более 512 кбит/c. Непосредственно такие терминалы не могут работать друг с другом через телекоммуникационный спутник.

Спутники помечаются географической долготой мест. Геостационарный спутник не стоит на месте, а выполняет движение по траектории, имеющей вид цифры 8. Из-за энергетических проблем спутник не может обеспечить высокого уровня сигнала. По этой причине наземная антенна должна иметь большой диаметр, а приемное оборудование низкий уровень шума.

34

Существует несколько способов работы системы наземных терминалов со спутником. При этом используют: мультиплексирование по частоте (FDM), по времени (TDM), Code Division Multiple Access (CDMA) или метод запросов.

Рассмотрим систему - Advanced Communication Technology Satellite (ACTS)

из нескольких десятков станций. Спутник имеет четыре 110 Мб/с канала, два на прием и два на передачу. У каждого канала есть 1мс кадр, состоящий из 1728 слотов по 64 бит каждый, способных обеспечить 64Кб/с голосовой канал. С целью максимального использования временных слотов каналов при передвижении луча по поверхности земли управление слотами выполняет специально выделенная Главная станция управления. Каждая наземная станция получает при необходимости слот, запрашивая его у ГСУ. Для этого у нее есть специальный канал, доступный всем наземным станциям, за который между станциями нет конкуренции, он статически разделен между ними. Схема работы ACTS состоит из трех этапов. На первом спутник принимается 1728 слотовой кадр. На этапе 2 эти 1728 слотов перераспределяются в нужном порядке из входного буфера в выходной, на этапе 3 выходной буфер сбрасывается на землю. Динамические схемы распределения слотов применяются на спутниковых системах. Одна из них применяется, когда число станций не превышает число слотов. В этом случае за каждой станцией закрепляется свой слот. Если станции нечего передавать она шлет сигнал ожидания в этом слоте и все знают, что в следующем кадре этот слот можно занять по схеме ALOHA, он свободен. Когда станция захочет вернуть свой слот, она просто шлет свой кадр, вызывая коллизию. Тогда в следующем кадре, этот слот уже никто не занимает и он возвращается.

Популярность интернет-доступа (DSL) во многом обеспечивает стабильное состояние решений - Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM).

Современные DSLAM относятся к оборудованию нового поколения, которое позволяет операторам подключать абонентов к сетям передачи данных, используя сетевые интерфейсы SDH, ATM и Ethernet.

Наиболее распространенной технологией, на основе которой проектируется и строится первичная сеть, является SDH. Подключение концентратора доступа абонентов к транспортной сети SDH производится при помощи интерфейса STM-1. Значительное преимущество SDH заключается в возможности управления разветвленной транспортной сетью из единого центра, при этом подключение концентратора доступа абонентов DSLAM к телефонной сети общего пользования происходит посредством протокольного стека v5.2, где каждый из протоколов способен обслуживать до 16 потоков E1.

Рост популярности DSL-доступа произошел тогда, когда сети передачи данных строились с применением интерфейса ATM. До недавнего времени основным интерфейсом DSLAM к транспортной сети также был ATM (E1, E1IMA, E3, STM-1-IMA). Ориентация на ATM стала препятствием для провайдеров и операторов в части развертывания и эксплуатации дорогостоящих систем на базе ATM. Затраты компенсируются преимуществами ATM - обеспечение требуемого качества обслуживания QoS абонентов и максимально эффективное использование канальной полосы пропускания.

35

Отметим рост популярности решений Ethernet DSLAM (услуги: предоставления видео по запросу, HDTV-трансляции по IP-сетям).

ADSL, теоретически обеспечивающая скорость до 8 Мбит/с, а практически - до 5-6 Мбит/с, для внедрения IPTV не подходит. Такой скорости просто не хватит для передачи трафика тройного применения (triple play), который включает в себя видеотрафик, данные и телефонный трафик. "Последняя миля" для IPTV - это либо ADSL2+ "в уме", либо выделенные Ethernet-сети.

ATM или SDH подразумевают работу с телефонными линиями. Ethernet DSLAM ориентированы на управляемые Ethernet-коммутаторы для поставщиков услуг широкополосного доступа.

Устройства Ethernet DSLAM представляют собой управляемые коммутаторы. Пример - оборудование от ZyXEL серии ES-3100, 24/48-портовые L2-коммутаторы уровня доступа.

Из-за ограниченной дальности Ethernet вполне приемлем следующий вариант: на один подъезд многоквартирного дома используется один либо два коммутатора ES-3100, к которым по Ethernet подключаются абоненты.

Все коммутаторы объединяются в "кольцо" посредством транковых портов - у ES-3100 есть четыре таких порта Gigabit Ethernet, причем два из них допускают подключение к оптике.

Вопросы для самопроверки по теме - Спутники связи

1.Поясните роль отдельных спутниковых cистем.

2.Где выигрывают спутниковые системы против оптоволоконных?

3.Поясните элементы спутниковых систем.

4.Элементы конкуренции в развитии спутниковых систем.

1.5. Коммутируемая телефонная сеть общего назначения

При изучении темы необходимо ориентироваться на развитие техники и технологий PSTN. Следует изучить части телефонной сети: коммутаторные телефонные станции (пригородно-междугородние или транзитные; междугородние первичные, секционные и региональные) , среды передачи информации от абонентов (местные линии связи) и междугородние. Следует изучить опыт создания точек присутствия – POP в LATA, LEC, IXC и обобщить опыт интеграции операторов кабельной и сотовой связи. При изучении модемных систем следует выделить способы модуляции QPSK, QAM-16, QAM-64 с решетчатым кодированием (TCM): 32 точки на диаграмме для передачи 4 бит/символ и 1 контрольный бит на отсчет при частоте дискретизации 2400 бо – скорость 9600 бит/с с коррекцией ошибок (V.32).

Особо следует выделить ADSL модемы с частотным мультиплексированием и дискретной мультитональной модуляцией (DMT): 256 каналов в диапазоне 1,1 МГц по 4312,5 Гц в каждом, канал нулевой – POTS, каналы 1-5 для защиты, из 250 каналов один – контроль передач в сторону провайдера, один – в сторону клиента, 32 канала доступны для передач клиенту, остальные использует провайдер для передач в сторону клиента. Важно выделить решения на уровне

36

местных компании – ILEC и CLEC c учетом развития Wireless Local Loop (WLL) и развитие многоканальной многоадресной распределительной службы

– MMDS. Комиссия FCC выделила LMDS полосу шириной 1,3 ГГц с асимметричным распределением полосы пропускания со скоростями передачи данных 36 Гбит/с и 1 Мбит/с для разных направлений и разделением на 4 сектора 36000 абонентов в радиусе от вышки 5 км. Отметим роль стандарта 802. 16 от IEEE для Wireless MAN в области цифровой телефонии, доступа к сети Интернет, соединений удаленных LAN, телевидения и радиовещания.

Вопросы для самопроверки по теме - Коммутируемая телефонная сеть общего назначения

1. Сколько кодов оконечных телефонных станций существовало до 1984 года, когда доступ к каждой из станций осуществлялся через трехзначный код региона и первые три цифры местного номера? Коды регионов начинались с одной из цифр из диапазона 2-9, вторая цифра всегда была 1 или 0, а третья цифра могла быть любой. Первые две цифры местного номера были из диапазона 2-9; третья цифра могла быть любой.

2. Амплитудно-фазовая диаграмма состоит из точек, расположенных на окружности с центром в начале координат. Какой тип модуляции применяется в данном случае?

3. Сколько частот использует полнодуплексный модем с модуляцией QAM-

64?

4. В чем отличие, если оно есть, между демодуляторнойчастью модема и кодирующей частью кодека? (Оба преобразуют аналоговый сигнал в цифровой.)

5. В чем заключается основное отличие коммутации сообщений от коммутации пакетов?

1.6. Кабельное телевидение

Станция кабельного телевидения получает и обрабатывает различные сигналы - радиопередач, спутниковых программ и передач местных телевизионных студий.

Каждый телевизионный сигнал передается по кабелю на своей частоте (набор таких несущих частот и создает спектр телевизионных каналов), поэтому кабельное телевидение имеет свой собственный частотный спектр. Станция кабельного телевидения получает различные телепрограммы со спутников или телестанций и передает их по кабелю в дома клиентов.

Cистема кабельного телевидения состоит из пяти основных элементов: станции, кабельной магистрали, локальных кабельных сетей, которые прокладываются в доме или офисе, отвода, соединяющего магистраль с локальными кабельными системами, оборудования, которое принимает сигналы кабельного телевидения. Кабельные отводы, которые имеют меньший диаметр,

37

передают сигналы из магистрали в локальную кабельную сеть, "пронизывающую" жилые и производственные здания.

Кабельные модемы располагаются между кабельной сетью и компьютером, выполняя функции различных устройств: модема, телестанции, шифраторадешифратора информации, моста, маршрутизатора, сетевого адаптера, SNMPагента и даже концентратора Ethernet.

При передаче от станции к кабельному модему (downstream) цифровые данные модулируются стандартной частотой (6 МГц), на которую накладывается несущая частота (от 42 до 750 МГц). Такой сигнал передается кабельной системе вместе с сигналами кабельного телевидения и не мешает телепередачам. Есть несколько схем модуляции, но наиболее популярны из них две - QPSK (обеспечивает скорость передачи 10 Мбит/с) и QAM64 (до

36Мбит/с).

Вобычной дуплексной кабельной сети обратный сигнал может передаваться на частотах от 5 до 40 МГц. Поскольку кабельная сеть имеет древовидную форму, все шумы из всех ответвлений собираются вместе и препятствуют распространению обратного сигнала.

Чаще используют QPSK для передачи в прямом направлении, поскольку этот метод лучше подходит для сильно зашумленной окружающей среды. Недостаток QPSK - более низкая скорость передачи, чем при использовании схемы модуляции QAM.

Кабельный модем работает как приемник и передатчик телевизионных сигналов. Импульсы от станции по коаксиальному кабелю поступают в кабельный модем, который передает их компьютеру или в локальную сеть.

Впромышленности используют симметричную архитектуру со скоростью передачи 10 Мбит/с (LANcity).

Для подключения домашнего компьютера к Internet используют асимметричную архитектуру. Сеть, к которой можно подключить домашний компьютер, предназначена для телевизионных сигналов и не позволяет передавать обратный сигнал с достаточно высокой скоростью. Выполнение URL-запросов или передача электронной почты не порождают большого потока данных от пользователя к станции. Поэтому передачу обратного сигнала можно выполнять с меньшей скоростью, например, по телефонной линии.

Кабельный модем ускоряет передачу информации с 28,8 Кбит/с (обычный модем) до 10 Мбит/с. Прямая передача может выполняться: по кабельной сети,

врадиодиапазоне. Для передачи обратного сигнала можно использовать: кабель, телефонную линию, ISDN, выделенную линию, радио.

Разделение прямого и обратного каналов передачи дает возможность использовать существующее оборудование для передачи данных от станции к пользователю. При передаче используются стандарты физического (PHY) и MAC - уровня.

Для надомников - Work-At-Home (WAH) или служащих с домашним офисом - Small Office / Home Office (SOHO) предназначена технология кабельных

модемов. Платформа multiuservice access platform (MAP)

- связь с

38