Компьютерные телекоммуникации применяются в различных сферах жизни современного общества: бизнесе, финансах, банковском деле, средствах массовой информации.

Телекоммуникации - это в широком смысле слова средства дистанционной передачи информации, такие как радио, телевидение, телефон, телеграф, телетайп, телекс, телефакс, а так же появившиеся сравнительно недавно компьютерные телекоммуникации.

Компьютерные телекоммуникации или телекоммуникации в узком смысле - это средства дистанционной передачи информации между компьютерами с использованием различных каналов связи.

В основе компьютерных телекоммуникаций находятся три основных элемента: компьютер, модем, телефонная сеть.

Предавать данные напрямую из одного компьютера на другой по телефонным линиям нельзя, так как компьютер использует цифровые сигналы, а телефонные линии - аналоговые. Преобразование цифровых сигналов в аналоговые называется модуляцией, а обратный процесс - демодуляцией. Выполет такое преобразование модем.

Модемы выпускаются двух видов: встроенные в компьютер и внешние. Наиболее известные фирмы, выпускающие высококачественные модемы: Hayes Microcomputer Products, US Robotics, Multech, Paradyne.

Характеристики модема:

1. Скорость передачи данных отражает количество бит, передаваемых в секунду. Наиболее распространены модем со скоростью 1200, 2400 и 9600 бит/сек.. Максимальная скорость примерно 3800бит/сек. Очевидно, чем выше скорость, тем больший объем информации в единицу времени можно передать. С другой стороны, не все высокоскоростные модемы выдерживают устаревшее телефонное оборудование в нашей стране. А кроме того, чем выше скорость передачи данных, тем больше вероятность появления ошибок в данных. Поэтому модем должен поддерживать стандартный протокол коррекции ошибок MNP. В настоящее время существует 10 классов протокола. Начиная с класса 5, протокол не только позволяет корректировать ошибки, но и сжимать данные. Протоколы MNP встраиваются в модем и запускаются автоматически.

2. Модем должен быть Hayes- совместимым, т.е. выполнять определенный стандартный набор команд, разработанных фирмой Hayes Microcomputer Products. Большинство - команд для таких модемов начинаются с букв АТ.

Модемы работают в дуплексном или полудуплексном режиме передачи данных. При дуплексном режиме данные через модем передаются в обоих направлениях. При полудуплексном режиме данные передаются в каждый момент времени в одном направлении. Эта схема удобна, когда нужна односторонняя передача данных (факсы, пересылка файлов), но не подходит для интерактивного доступа (как например, в BBS).

Помимо своего основного назначения модем выполняет многие другие функции. Например, он может автоматически дозваниваться до абонента, отвечать на телефонный звонок или сообщать о состоянии телефонной линии в данный момент. Все эти функции модем выполняет под управлением компьютера.

При объединении нескольких коммуникационных систем образуется телеком- муникационная компьютерная сеть . Большая часть компьютеров, включенных в сеть, выполняет функции абонентских пунктов.

Абонентский пункт - это рабочее место пользователя, который имея компьютер, периферийное оборудование, модем, телефон, может подключится к какой- либо сети и получает или передает информацию.

Для того, чтобы компьютерные системы составляли единое целое, а информация по сети передавалась круглосуточно, в сети существуют компьютерные узлы связи, которые называются хост- компьютерами (Host-хозяин) Хост- компьютеры с модемами постоянно подключены к телефонной сети и через них связываются все абоненты.

Большая часть существующих сетей - это малые компьютерные сети, которые имеют всего один хост- компьютер.

Следующим типом сетей являются глобальные сети, объединяющие большие узловые компьютеры. Передача данных между такими компьютерами осуществляется через спутники или по выделенным каналам. Самая известная глобальная сеть Internet. Отечественные сети – Релком, Гласнет, Рико.

После подключения сети зарегистрированному пользователю предоставляются разнообразные услуги, среди которых главными являются:

компьютерная межперсональная телекоммуникация (обмен сообщениями, электронные бюллетени новостей, телеконференции и т.д.);

доступ к удаленным БД.

Всю совокупность систем компьютерных коммуникаций и потоков информации разной природы, циркулирующих в мировых сетях называют киберпространством.

Создаваемые на экране компьютера с помощью компьютерной технологии образы реальных объектов и процессов разнообразной природы - людей, музыкальных инструментов, приборов, станков, художественных произведений и т.п. называют виртуальной реальностью Разумеется это не «фотографии» объектов (пусть даже движущиеся, как в кино), с которыми вы не имеете никакого контакта, а вполне осязаемые предметы. С ними можно работать как с реальной вещью (например, настраивать и играть на пианино), проводить исследования и испытания.

Таким образом, киберпространство и виртуальная реальность, которые постепенно входят в нашу жизнь, приобщают нас к информационным ресурсам всего человечества, расширяют наш кругозор и меняют сам образ жизни.

Предназначенных для маршрутизации , коммутации , передачи и / или приема знаков , сигналов , письменного текста, изображений и звуков или сообщений любого рода по радио, проводным, оптическим или другим электромагнитным системам между оконечным оборудованием

Ведомственная сеть связи - сеть связи , эксплуатируемая юридическим или физическим лицом для удовлетворения собственных потребностей.

Примеры телекоммуникационных сетей:

1. Компоненты

Все телекоммуникационные сети состоят из пяти основных компонентов, которые присутствуют в каждой сетевой среде, независимо от типа или использования. Эти основные компоненты включают в себя терминалы, телекоммуникационные процессоров, каналов связи, компьютеров, телекоммуникаций и программного обеспечения управления.

• Терминалы являются исходными и остановочных пунктов в любых условиях телекоммуникационной сети. Любой вход или выход устройства,

используются для передачи или приема данных может быть классифицирована как терминал компонента.

• Телекоммуникации процессоры поддерживают передачу данных и прием между терминалами и компьютерами, предоставляя различные управления и

вспомогательных функций. (Т. е. преобразование данных из цифрового в аналоговый и обратно).

• Телекоммуникации каналов путь, по которому данные передаются и принимаются. Телекоммуникационные каналы создаются с помощью различных

средств массовой информации, из которых наиболее популярными включают медные провода и коаксиальный кабель (СКС). Волоконно-оптические кабели чаще используется для принести более быструю и надежную связь для бизнеса и дома.

• В телекоммуникационной среде компьютеры подключены через средства массовой информации для выполнения своих задач связи.
• Программное обеспечение Телекоммуникации контроль присутствует на всех компьютерах сети и отвечает за контроль сетевой активности и функциональности.

Рано сетей были построены без компьютеров, но в конце 20-го века их коммутационных центров были компьютеризированы или сетей заменено компьютерных сетей.

1.1. Структура сети

В общем, каждый телекоммуникационной сети концептуально состоит из трех частей, или самолеты (так называемый, потому что они могут рассматриваться как существа, и часто, отдельно наложенных сетей):

• Плоскость управления осуществляет управление информацией (также известный как сигнализация).
• Данные плоскости или плоскости пользователя или на предъявителя самолет несет трафик пользователей сети.
• Управление трафиком здийснюется в плоскости операций.

1.2. Пример: TCP / IP сеть передачи данных

Сеть передачи данных широко используется во всем мире для подключения частных лиц и организаций. Данные сети могут быть подключены, чтобы позволить пользователям бесшовный доступ к ресурсам, размещенным за пределами конкретного поставщика они подключены. Интернет является лучшим примером того, многие сети передачи данных от различных организаций всех действующих в рамках одного адресного пространства. Терминалы прилагается к протоколу TCP / IP сетей решаются с помощью IP-адреса. Существуют различные типы IP-адреса, но наиболее распространенной является версия IP 4. Каждый уникальный адрес состоит из 4 целых чисел от 0 до 255, как правило, разделенных точками, когда записано, например, 82.131.34.56. TCP / IP является основными протоколами, которые обеспечивают управление и маршрутизацию сообщений через сети передачи данных. Есть много различных структур TCP / IP можно использовать в эффективно направлять сообщения, например:

• глобальных сетей (WAN)
• городские сети (MAN)
• локальных сетей (LAN)
• кампус сетей (CAN)
• виртуальные частные сети (VPN)

Есть три особенности, которые отличают MANs из локальной сети или глобальные сети:

1. Площадь размер сети составляет от LAN и WAN. MAN будет физическое пространство между 5 и 50 км в диаметре. 2. MAN, как правило, не принадлежат к одной организации. Оборудование, которое соединяет сеть, связь, и человек сам часто принадлежат ассоциации или сети провайдера, который предоставляет или сдает в аренду служение другим. 3. MAN является средством для совместного использования ресурсов на высокой скорости внутри сети. Он часто обеспечивает связь с WAN, сети для доступа к ресурсам вне сферы MAN

Учебные материалы для студентов очной формы обучения

5. Образец выполнения индивидуального задания (referat) - Скачать

7. Образец созданного веб-сайта - Скачать

8. Образец созданной веб-страницы - Скачать

9. Приложение для подбора цвета - "Color" - Скачать

11. Текст для самостоятельного создания веб-страницы и сайта - Скачать

12. Рисунки для самостоятельного создания веб-страницы и сайта - Скачать

13. Электронная книга: Технология оформления рефератов и контрольных работ - Скачать

Учебные материалы для студентов дистанционной и заочной форм обучения

4. Образец контрольной работы для студентов дистанционной и заочной форм обучения по курсу КСТ: Kontrol_rabota - Скачать

Вычислительные или компьютерные сети

Основные понятия дисциплины "Компьютерные сети и телекоммуникации"

Цель обучения студентов основам компьютерных сетей и телекоммуникаций - обеспечить знание теоретических и практических основ в организации и функционировании компьютерных сетей и телекоммуникаций, умение применять в профессиональной деятельности распределенные данные, прикладные программы и ресурсы сетей.

В настоящее время персональные компьютеры в автономном режиме практически не используются, их, как правило, объединяют в вычислительные или компьютерные сети.

Компьютерная сеть – это совокупность компьютеров и телекоммуникационного оборудования, обеспечивающая информационный обмен компьютеров в сети. Основное назначение компьютерных сетей - обеспечение доступа к распределенным ресурсам.

Телекоммуникации (греч. tele - вдаль, далеко и лат. communicatio - общение) - это передача и прием любой информации (звука, изображения, данных, текста) на расстояние по различным электромагнитным системам (кабельным и оптоволоконным каналам, радиоканалам и другим проводным и беспроводным каналам связи).

Телекоммуникационная сеть - это система технических средств, посредством которой осуществляются телекоммуникации.

К телекоммуникационным сетям относятся:

1. Компьютерные сети (для передачи данных).
2. Телефонные сети (передача голосовой информации).
3. Радиосети (передача голосовой информации - широковещательные услуги).
4. Телевизионные сети (передача голоса и изображения - широковещательные услуги).

Предмет дисциплины - теоретические и практические основы в области компьютерных сетей и телекоммуникаций.

Учебная программа курса объемом 198 академических часов разделена на два содержательных (учебных) модуля объемом 2,0 и 3,5 кредитов (объем кредита ECTS составляет 36 академических часов) и состоит из аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов.

Задача дисциплины Компьютерные сети и телекоммуникации:

• формирование знания теоретических и практических основ в применении компьютерных сетей;
• научить подключать ПК к сетям, и работать в них;
• научить использовать аппаратные, программные и информационные ресурсы сетей;
• научить работать с сетевыми прикладными программами.

В результате изучения дисциплины студенты должны:
ЗНАТЬ:

• технологии и принципы построения компьютерных сетей;
• принципы функционирования и взаимодействия аппаратных и программных средств компьютерной техники;
• способы настраивания ОС Mіcrosoft Wіndows для работы в сетях;
• сетевые прикладные программы;
• прикладные программы для создания Web - сайтов и Web-страниц;
• Украинские и международные поисковые средства в Іnternet;
• основные возможности бизнеса в Іnternet.

УМЕТЬ:

• использовать вычислительные системы в профессиональной деятельности;
• подключать ПК к сетям, и работать в них;
• работать с сетевыми прикладными программами;
• создавать и оформлять Web - страницы и Web - сайты.

БЫТЬ ОЗНАКОМЛЕННЫМИ:

• с основными тенденциями развития методов и технологий компьютерных сетей;
• с механизмами передачи данных по каналам связи;
• с возможными ресурсами ЛВС;
• с сервисом сети Іnternet.

Используемая литература:

1. Комп"ютерні мережі та телекомунікації : навч. посібник / В. А. Ткаченко, О. В. Касілов, В. А. Рябик. – Харків: НТУ "ХПІ", 2011. – 224 с.
2. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации: Учебник для вузов. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2006 - 703 с.
3. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для вузов. 4-е изд. / В.Г. Олифер, Н.А. Олифер –СПб. Питер, 2010. – 944 с.
4. Мур М. и др. Телекоммуникации. Руководство для начинающих. / Авторы: Мур М., Притск Т., Риггс К., Сауфвик П. - СПб.: БХВ - Петербург, 2005. - 624 с.
5. Денисова А., Вихарев И., Белов А., Наумов Г. Интернет. Самоучитель. 2-е изд. – СПб. Питер. 2004.– 368 с.
6. Хестер Н. Frontpage 2002 для Windows: Пер. С англ. - М.: ДМК Пресс, 2002. – 448с.

Термин "телекоммуникация" происходит от греческого tele – далеко, вдаль и латинского communico – делаю общим, связываю. Его можно трактовать как связь на расстоянии. Поэтому под телекоммуникационной сетью будем понимать совокупность средств, обеспечивающих передачу информации между двумя оконечными устройствами (абонентами). В состав сети входят:

• сетевое оборудование, которое включает в себя оконечные устройства (персональные компьютеры, серверы, аудио- и видеоустройства, сетевые принтеры, факс-аппараты, считыватели штрих-кодов и др.) и коммуникационное оборудование (проводная, кабельная и (или) беспроводная среда передачи данных, а также такие промежуточные устройства, как сетевые адаптеры, модемы, повторители, мосты, коммутаторы и др.);
• средства поддержки сетевого оборудования. В такой сложной системе, какой является телекоммуникационная сеть, необходимо иметь более широкий арсенал программного обеспечения, а также стандартные наборы (стеки) коммуникационных протоколов, которые определяют правила взаимодействия сетевых устройств.

Структура телекоммуникационной сети

Телекоммуникационная сеть имеет иерархическую структуру (рис. 9.1), отражающую интенсивность трафика между отдельными ее узлами, расположенными в различных зданиях, населенных пунктах и регионах. Узлами сети являются коммутаторы, представляющие собой многопортовые устройства,

Рис. 9.1.

к которым подключены линии связи. Рассмотрим отдельные компоненты телекоммуникационной сети.

Терминальные устройства пользователей расположены на периферии телекоммуникационной сети и составляют самый нижний уровень ее иерархии. Обычно тип таких устройств определяет название сети. Основными терминальными устройствами в компьютерной сети являются компьютеры, в телефонной – телефонные аппараты, в телевизионной – телевизионные приемники, в радиовещательной сети – радиоприемники.

Информация от пользователей по абонентским каналам, часто называемым абонентскими окончаниями, поступает на коммутаторы сети доступа.

Сеть доступа представляет следующий уровень иерархии телекоммуникационной сети. Крупная такая сеть может состоять из нескольких уровней. Основные функции сети доступа состоят:

• в объединении или мультиплексировании информационных потоков, поступающих от многочисленных пользовательских устройств, в один общий поток и передаче агрегированного потока в коммутатор магистральной сети;
• в приеме и разделении или демультиплексировании агрегированного потока на отдельные потоки таким образом, чтобы на входной порт оборудования пользователя поступала только адресованная ему информация.

Магистральная сеть предназначена для транзита агрегированных информационных потоков из сети доступа отправителей в сеть доступа получателей. Она содержит коммутаторы и высокоскоростные линии связи (магистрали).

Информационный центр , или центр управления сервисами, предназначен для оказания информационных услуг пользователям (абонентам) сети. Всем известны информационные услуги Интернета, а также телефонных сетей (получение справочной информации, вызов скорой помощи и милиции) и сетей сотовой связи (проведение телеголосования).

Отметим, что каждая телекоммуникационная сеть имеет свои особенности, например: в малых телефонных и компьютерных сетях отсутствуют информационные центры; сеть доступа и магистраль локальной компьютерной сети могут быть представлены отрезками кабеля; сеть доступа радиовещательной и телевизионной сетей выполняют только распределительные функции, поскольку информация в них передается в одном направлении (в сторону абонентов).

В зависимости от вида передаваемых данных телекоммуникационные сети делятся на:

Аналоговые сети;

Цифровые сети.

К современным телекоммуникационным сетям предъявляются два основных требования:

Интеграция - возможность передачи в сети данных разных типов (неоднородного трафика), предъявляющих разные требования к качеству передачи;

Высокие скорости передачи за счет использования широкополосных каналов связи (построения широкополосных сетей передачи данных).

В зависимости от назначения в структуре современных телекоммуникационных сетей выделяют несколько уровней иерархии (рис.61):

Абонентские сети (А), представляющие собой домашние, офисные и корпоративные сети на основе LAN или WA N;

Сети доступа (Д), объединяющие потоки от нескольких абонентских сетей в единый поток, направляемый в магистральную сеть;

Магистральная сеть (М), представляющая собой высокоскоростную широкополосную сеть на основе первичных транспортных сетей (волоконно-оптических, спутниковых и т.д.).

Сети доступа могут быть построены на основе:

Коммутируемых каналов - традиционные аналоговые телефонные сети (ТфОП) и цифровые сети ISDN;

Выделенных каналов - от аналоговых каналов ТЧ (тональной частоты) с полосой пропускания 3,1 кГц до цифровых каналов SDH с пропускной способностью десятки Гбит/с;

Коммутации п акетов технологии Х25, Frame Relay , АТМ, а также TCP/IP (Internet ).

Магистральные сети строятся обычно на основе выделенных цифровых каналов с пропускными способностями до десятков Гбит/с.

Сети доступа и магистральные сети образуют транспортную (опорную) систему, назначение которой быстрая и надежная доставка данных.

Транспортные системы на основе выделенных каналов можно разбить на 2 класса: цифровые (цикловые) и аналоговые (нецикловые).

Аналоговые транспортные системы реализуются в основном на основе существующих телефонных каналов.

Цифровые транспортные системы могут быть реализованы на основе следующих технологий:

Плезиохронные (PDH);

Синхронные (SDH);

Асинхронные (АТМ).

2.8.2 Модемная связь

Методы передачи данных по телефонным каналам с использованием модемов задаются в виде рекомендаций (стандартов) серии V.

Основные функции модемной связи, сформулированные в рекомендациях серии V, представлены на рис. 62.

Модемы должны обеспечивать защиту передаваемых данных от ошибок, возникающих в каналах связи и в аппаратуре передачи данных, путем контроля и коррекции ошибок.

Рис. 62

Коррекция ошибок (еrrо r соrrесtiоn) - отделение полезного сигнала от шумов и исправление возникающих в процессе связи ошибок.

Модемы при передаче данных используют алгоритмы сжатия данных, что повышает скорость обмена и уменьшает время передачи.

Сжатие данных (data compression) - кодирование информации с целью уменьшения её объёма. При передаче данных по телефонному каналу используются средства для автоматической упаковки-распаковки данных.

Модемные стандарты серии V по передаче данных по телефонным линиям (рис.63) определяют назначение, тип канала связи, вид модуляции, скорость передачи.

Классификация модемов представлена на рис. 64.

Рис. 63

1. По функциональному назначению модемы делятся на:

Рис. 64

а) телефонные;

б) телеграфные;

в) сотовые (радиомодемы);

г) факс-модемы;

д) кабельные, предназначенные для передачи данных по кабельным линиям связи, в частности по сети кабельного телевидения со скоростью до 10 Мбит/с

2. По конструктивному исполнению модемы могут быть:

Внешние, подключаемые кабелем к разъему RS-232 персонального компьютера;

Внутренние - в виде платы, устанавливаемой внутри компьютера.

3. По способу передачи данных (принципу работы в линии) модели делятся на:

а) синхронные, использующие синхронный способ передачи данных, при котором каждый бит посылается через фиксированный интервал времени с использованием синхронизации приемного и передающего устройства; синхронизация обеспечивается путем передачи управляющей информации и использования в обоих устройствах тактовых генераторов; синхронный режим целесообразно применять при организации связи по типу "точка-точка" через выделенные каналы связи;

б) асинхронные, использующие асинхронный способ передачи данных, при котором каждый символ (реже слово или небольшой блок) посылается отдельно и между данными могут быть произвольные промежутки времени; для распознавания поступающих данных каждый переданный элемент содержит стартовый и стоповый биты; этот способ известен также как старт-стоповая передача; модем работает в асинхронном режиме при использовании коммутируемых каналов связи;

4. По способу реализации протоколов коррекции ошибок и сжатия данных модемы бывают:

С аппаратной реализацией;

С программной реализацией.

2.8.3 Цифровые сети с интегральным обслуживанием (ISDN-технология)

Модемная передача компьютерных данных по абонентским линиям (АЛ) телефонных сетей позволяет в идеальных условиях (на пути передачи имеются только цифровые АТС и все каналы связи высокого качества) достичь предельной скорости в 56 кбит/с, что явно не достаточно для передачи мультимедийных данных, в частности видео, со сколь-нибудь приемлемым качеством. Для обеспечения более высоких скоростей передачи данных по АЛ была разработана технология, получившая название ISDN.

Цифровые сети с интегральным обслуживанием — ЦСИО (Integrated Services Digital Networks - ISDN) - цифровая сеть, построенная на базе телефонной сети связи, в которой могут передаваться сообщения разных видов - данные, а также оцифрованные видеоизображения и речь.

Обычная телефонная связь ориентирована на передачу голоса и позволяет модемам обмениваться данными со скоростью не выше 56 кбит/с. ISDN разработана специально для того, чтобы обойти ограничение по скорости передачи данных, но сохранить совместимость с существующими телефонными сетями.

Сеть ISDN совместима "сверху вниз" с телефонными сетями: можно позвонить с обычного телефона на номер ISDN и в обратном направлении в режиме "голосовая связь", а передача данных со скоростью 64 кбит/с и выше возможна только между двумя терминалами ISDN.

Существенная особенность ISDN - это многоканальность, т. е. возможность передавать данные и речь одновременно. Поскольку в интерфейсе ISDN предусмотрен служебный канал, режим передачи может быть изменен без разрыва соединения.

ISDN по сравнению с обычной модемной связью обеспечивает:

Более высокую скорость передачи данных;

Более высокую надежность;

Принципиально иное качество взаимодействия между абонентами.

Преимущества сетей ISDN:

1) сокращение времени установления соединений за счет использования выделенного канала сигнализации и передачи по нему сигналов управления и взаимодействия (занятие линии, набор номера, ответ, разъединение и т.д.) в цифровом виде;

2) универсальность использования линий возможность осуществлять по одним и тем же линиям как телефонные переговоры, так и передачу данных;

3) сопряжение служб - возможность организации телетекста, телекса или телефакса с соответствующим устройством в любой точке земного шара.

ISDN одновременно предоставляет различные виды связи:

Телефонную;

Модемную;

По выделенному каналу связи.

ISDN целесообразно применять в тех случаях, когда необходимо периодически (но не постоянно) передавать средние и большие объемы данных на любые расстояния с высокой скоростью и надежностью.

Абонентское оборудование и интерфейсы ISDN показаны на рис.65, где: S-соединение - 4-проводная витая пара. Если оконечное оборудование не имеет интерфейса ISDN, то оно подключается к S через специальный адаптер ТА. Устройство NT2 объединяет S-линии в одну Т-шину, которая имеет два провода от передатчика и два - к приемнику. Устройство NT1 реализует схему эхо-компенсации (рис. 66) и служит для интерфейса Т-шины с обычной телефонной двухпроводной абонентской линией U.

Рис. 65

В отличие от традиционных телефонных сетей управляющая информация передаётся по специальным каналам, не загружая каналы передачи данных.

Рис. 66. Эхо-компенсация

В ISDN различают два типа канала:

Канал D - служебный (сигнальный) канал передачи управляющей информации. Один канал типа D обслуживает 2 или 30 В-каналов и обеспечивает возможность быстрой генерации и сброса вызовов, а также передачу информации о поступающих вызовах, в том числе о номере обращающегося к сети абонента.

Стандарты определяют 3 интерфейса доступа к ISDN (типа ISDN):

1) базовый - BRI;

2) первичный - PRI;

3) широкополосный - B-ISDN.

Интерфейс ВRI (B asic Rate Interface) - стандартный (базовый) интерфейс, обозначаемый как (2B+D). Это означает, что для передачи данных используется 2 канала В со скоростью передачи 64 кбит/с по каждому каналу и 1 служебный (сигнальный) канал D со скоростью передачи 16 кбит/с. Таким образом, пропускная способность интерфейса BRI равна: 2*64 кбит/с+1*16 кбит/с = 144 кбит/с.

BRI предназначен для подключения телефонной аппаратуры (телефонов, факсов, автоответчиков и т.п.) и компьютеров к ISDN.

Интерфейс РRI (Primary Rate Interface) объединяет несколько BRI и соединяется с узлом. В зависимости от конкретных местных стандартов он включает в себя 23 В-канала (США и Япония) или 30 В-каналов (Европа), поддерживая интегральные скорости передачи данных 1,544 Мбит/с и 2,048 Мбит/с соответственно.

B-ISDN (Broadband ISDN) обеспечивает высокие скорости передачи (155 Мбит/с и 622 Мбит/с), что позволяет реализовать передачу видеоданных.

2.8.4 Технологии xDSL

xDSL (Digital Subscriber Line) - технологии передачи цифровых данных по телефонным каналам связи, обеспечивающие гораздо более высокие скорости передачи по обычным медным проводам, чем традиционная модемная связь и ISDN. Высокие скорости достигаются за счет использования ряда технических решений, в частности эффективных линейных кодов и адаптивных методов коррекции искажений на линии.

xDSL объединяет различные технологии (рис.67), которым в аббревиатуре xDSL соответствуют разные значения символа «х». Эти технологии различаются в основном по используемому способу модуляции и скорости передачи данных.

HDSL (High-dаtа-rаtе DSL) высокоскоростная цифровая абонентская линия, обеспечивающая симметричную дуплексную передачу данных по двум телефонным парам со скоростями до 2,048 Мбит/с в каждом направлении на расстояние до 4,5 км.

Рис. 67

SDSL (Symmetrical DSL) однопарная версия HDSL, обеспечивающая симметричную дуплексную передачу цифрового потока со скоростью 2048 кбит/с по одной паре телефонного кабеля.

ADSL (Asymmetrical DSL) - асимметричная цифровая абонентская линия, позволяющая по одной паре телефонного кабеля передавать данные от пользователя в сеть на скоростях от 16 кбит/с до 3,5 Мбит/с и в обратном направлении из сети к пользователю со скоростями до 24 Мбит/с на максимальное расстояние до 5,5 км.

RADSL (Rate-Adaptive ADSL) - ADSL с адаптируемой скоростью, учитывающей характеристики конкретной линии (длина, соотношение сигнал-шум и т.п.), за счет чего достигается максимальная пропускная способность в реальных условиях.

VDSL (Very-high-data-rate DSL) сверхвысокоскоростная цифровая абонентская линия, имеющая по сравнению с ADSL значительно более высокие скорости передачи данных: до 56 Мбит/с в направлении от сети к пользователю и до 11 Мбит/с от пользователя к сети при работе в асимметричном режиме и при работе в симметричном режиме — примерно 26 Мбит/с в каждом направлении при максимальном расстоянии до 1,3 км.

Наиболее распространённой технологией является ADSL, основные принципы организации которой рассматриваются ниже.

Увеличение скорости передачи данных в ADSL обусловлено предоставлением пользователю большей полосы пропускания абонентской линии, чем при традиционной телефонной связи: 1 МГц вместо 3100 Гц. Это достигается за счёт исключения на пути передачи данных фильтров, ограничивающих полосу телефонного канала в интервале от 300 Гц до 3400 Гц.

В пределах полосы в 1 МГц формируется 3 частотных диапазона для передачи трёх потоков данных (рис.68):

Компьютерных от пользователя в сеть в диапазоне частот от 4 кГц до 200 кГц;

От сети к пользователю в диапазоне частот от 200 кГц до 1 МГц.

Таким образом, для передачи цифровых данных формируются два асимметричных частотных каналов:

Рис. 68

Высокоскоростной (до 24 Мбит/с) нисходящий канал передачи данных из сети в компьютер пользователя;

Низкоскоростной (от 1 6 кбит/с до 3,5 Мбит/с) восходящий канал передачи данных из компьютера в сеть.

Третий канал предназначен для передачи телефонных разговоров.

Асимметричность каналов для передачи компьютерных данных обусловлена тем, что традиционно объём передаваемых данных от пользователя в сеть гораздо меньше объёма данных, передаваемых в обратном направлении. При необходимости можно изменять границы частотных диапазонов для перераспределения скоростей передачи данных в исходящем и восходящем каналах.

2.8.5 Мобильная телефонная связь

Мобильная телефонная связь относится к средствам беспроводной связи и может быть двух типов:

Домашние радиотелефоны;

Мобильные сотовые телефоны.

Радиотелефоны обеспечивают ограниченную мобильность в пределах одного или нескольких рядом расположенных помещений и состоят из базовой станции и одной или нескольких переносных трубок.

Значительно большую, практически неограниченную, мобильность обеспечивает мобильная сотовая связь, которая в настоящее время позволяет передавать, кроме голоса, цифровые данные и даже видео.

Основной принцип сотовой связи заключается в разделении всей зоны охвата телефонной связью на ячейки, называемые сотами. В центре каждой соты находится базовая станция (БС), поддерживающая связь с мобильными абонентами (сотовыми телефонами), находящимися в зоне её охвата. Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и специальных вышках. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг (рис.69,а), диаметр которого не превышает 10-20 км.

Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть (рис.69,б), которая для простоты обычно изображается в виде множества шестиугольных сот (69,в).

Рис. 69

Каждая сота работает на своих частотах, не пересекающихся с соседними (рис.69,в). Все соты одного размера и объединены в группы по 7 сот. Каждая из букв (А, В, С, D, Е, F, G) соответствует определённому диапазону частот, используемому в пределах одной соты. Соты с одинаковыми диапазонами частот разделены сотами, работающими на других частотах. Небольшие размеры сот обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с традиционной наземной беспроводной связью, а именно:

Большое количество пользователей, которые одновременно могут работать в сети в разных частотных диапазонах (в разных сотах);

Небольшая мощность приемно-передающего оборудования, обусловленная небольшим размером сот (выходная мощность телефонных трубок составляет десятые доли ватт);

Меньшая стоимость устройств сотовой связи как маломощных устройств.

Если в какой-то соте количество пользователей оказывается слишком большим, то она может быть разбита на соты меньшего размера, называемые микросотами.

Базовая станция, в общем случае, содержит приёмопередатчик (ПП), поддерживающий связь с мобильными телефонами, и компьютер, реализующий протоколы беспроводной мобильной связи.

В небольших сетях все базовые станции соединены с коммутатором MSC (Mobile Switching Center - мобильный коммутационный центр) и имеют выход в телефонную сеть общего пользования (ТфОП), обеспечивающий связь мобильных телефонов со стационарными (рис.70).

Рис. 70

В больших сетях коммутаторы 1 -го уровня (MSC) соединяются с коммутатором 2-го уровня (рис.70) и т.д., при этом все MSC имеют выход в ТфОП напрямую, либо через коммутатор более высокого уровня.

Связанные таким образом базовые станции и коммутаторы образуют сеть сотовой связи, административно подчиняющиеся одному оператору, предоставляющему услуги мобильной связи.

Базовые станции совместно с коммутационным оборудованием реализуют функции по определению текущего местоположения подвижных пользователей и обеспечивают непрерывность связи при перемещении пользователей из зоны действия одной БС в зону действия другой БС. При включении сотовый телефон ищет сигнал базовой станции и посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и БС поддерживают постоянный радио контакт, периодически обмениваясь служебными данными. При выходе телефона из зоны действия БС (или ослаблении радиосигнала) устанавливается связь с другой БС. Для этого базовая станция, фиксирующая ослабление сигнала, опрашивает все окружающие БС с целью выявить станцию, которая принимает наиболее мощный сигнал от мобильного телефона. Затем БС передаёт управление данным телефоном базовой станции той соты, в которую переместился мобильный телефон. После этого, телефону посылается информация о переходе в новую соту и предлагается переключиться на новую частоту, которая используется в этой соте. Этот процесс называется передачей и длится доли секунды.

Сотовые сети разных операторов соединяются друг с другом, а также со стационарной ТфОП, что позволяет абонентам разных операторов связываться друг с другом, а также делать звонки с мобильных телефонов на стационарные и, наоборот, со стационарных на мобильные телефоны.

Используя возможности роуминга, абонент, находясь вне зоны покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора.

Различают 4 поколения мобильной сотовой связи, обозначаемые как 1G, 2G, 3G, 4G (рис. 71). В то же время, между 2G и 3G, 3G и 4G выделяют промежуточные поколения, получившие обозначения 2.5G и 3.5G соответственно.

Первые сети мобильной сотовой связи поколения 1G появились в начале 80-х годов прошлого века и представляли собой аналоговые беспроводные сети, основной и, фактически, единственной функцией которых была передача речи со скоростями, не превышавшими 9,6 кбит/с.

Рис. 71

Основной недостаток аналоговой беспроводной связи — отсутствие защиты от несанкционированного перехвата разговора.

Второе и последующие поколения мобильной сотовой связи относятся к цифровым сетям связи и, в отличие от первого поколения, предоставляют пользователям, кроме передачи речи, множество дополнительных видов услуг (сервисов).

В основе всех стандартов сотовой связи второго поколения лежит метод мультиплексирования TDМA.

TDMA (Time Division Multiple Access) - множественный доступ с разделением по времени - метод мультиплексирования в беспроводной связи, при котором несколько пользователей для передачи данных используют разные временные интервалы (слоты) в одном частотном диапазоне, при этом каждому пользователю предоставляется полный доступ к выделенной полосе частот в течение короткого периода времени.

Наибольшее распространение среди стандартов сотовой связи второго поколения получили GSM и CDМA.

GSM (Global System for Mobile Communications) — глобальная система мобильной связи, использующая частотное уплотнение. Каждая пара (для передачи в прямом и обратном направлении) частотных каналов разбивается с помощью временного уплотнения (TDМA) на кадровые интервалы, используемые несколькими абонентами. Каналы GSM имеют полосу пропускания в 200 кГц. GSM использует частотное и временное уплотнение для разделения спектра на каналы и разделения каналов на временные интервалы соответственно.

GSM обеспечивает поддержку следующих услуг:

Передача данных (синхронный и асинхронный обмен данными, в том числе пакетная передача данных - GPRS);

Передача речевой информации;

Передача коротких сообщений (SMS);

Передача факсимильных сообщений;

Определение вызывающего номера;

Переадресация вызовов на другой номер;

Ожидание и удержание вызова;

и многие другие.

К основным достоинствам стандарта GSM следует отнести:

Меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора;

Хорошее качество связи;

Возможность большого числа одновременных соединений;

Низкий уровень индустриальных помех в выделенных частотных диапазонах;

Защита от прослушивания и нелегального использования за счёт применения алгоритмов шифрования с разделяемым ключом.

Недостатками стандарта GSM являются:

Искажение речи при цифровой обработке и передаче.

В стандарте GSM определены 4 диапазона частот для передачи данных: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц, наиболее популярными среди которых являются 900 МГц (стандарт GSM-900) и 1800 МГц (GSM- 1800). Соты могут иметь диаметр от 400м до 50 км.

Основные отличия GSM- 1800 от GSM-900:

Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM- 1800 (около 1 Вт) вдвое меньше, чем у GSM-900, что увеличивает время непрерывной работы без подзарядки аккумулятора и снижает уровень радиоизлучения;

Большая ёмкость сети;

Возможность совместного использования телефонных аппаратов стандартов GSM-900 и GSM- 1 00 в одной и той же сети;

Зона охвата для каждой базовой станции значительно меньше и, как следствие, необходимо большее число базовых станций.

В сетях CDМA (Code Division Multiple Access) используется совершенно иной принцип передачи данных, подробно рассмотренный ниже. В отличие от GSM скорость передачи данных в CDМA может достигать 1,23 Мбит/с. Кроме того, существенным отличием является использование распределённого спектра, что усложняет обнаружение и идентификацию передаваемого сигнала и, соответственно, обеспечивает надёжную защиту от случайного подслушивания.

В процессе разработки принципов и стандартов третьего поколения мобильной сотовой связи появилось промежуточное поколение 2.5G, отличающееся от второго поколения большей ёмкостью сети и пакетной передачей данных. Поколение 2.5G реализовано в виде ряда стандартов, наиболее распространённым среди которых является GPRS.

GPRS (General Packet Radio Service) - технология пакетной радиосвязи общего пользования, ориентированная на реализацию «мобильного Интернета».

GPRS использует базовые станции GSM для передачи данных в виде пакетов, что делает его внедрение достаточно простым и позволяет обеспечить доступ в Интернет. Пакеты передаются через свободные в данный момент каналы. Возможность использования сразу нескольких каналов обеспечивает достаточно высокие скорости передачи данных (до 171,2 кбит/с). Передача данных разделяется по направлениям: «вниз» (downlink, DL) - от сети к абоненту, и «вверх» (uplink , UL) - от абонента к сети. Один и тот же канал поочерёдно могут использовать несколько абонентов, при этом ресурсы канала предоставляются только на время передачи пакета, что приводит к появлению очереди на передачу пакетов и, как следствие, к увеличению задержки пакетов.

Принцип работы GPRS аналогичен Интернету: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (возможно разными маршрутами), где происходит их сборка. При установлении сессии каждому устройству присваивается уникальный адрес. Пакеты могут иметь формат IP или Х.25, при этом в качестве протоколов транспортного и прикладного уровней могут использоваться любые протоколы Интернета: ТСР, UDP, НТТР и др. Мобильный телефон в GPRS рассматривается как клиент внешней сети, которому присваивается постоянный или динамический IР-адрес.

Первые реализации третьего поколения сотовой связи появились в 2002 году. Существует три основных стандарта 3G:

WCDМA (Wide CDМA).

Все они ориентированы на пакетную передачу данных и, соответственно, на работу с цифровыми компьютерными сетями, включая Интернет. Скорость передачи данных может достигать 2,4 Мбит/с что позволяет передавать качественный звук, а также реализовать «видеозвонок» .

При необходимости сеть 3G может быть наложена на уже ранее развёрнутую сеть GSM или другую сеть второго поколения.

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System — универсальная мобильная телекоммуникационная система) — поддерживает скорость передачи до 21 Мбит/с и позволяет пользователям проводить сеансы видеоконференций, загрузку музыкального и видео контента. UМTS обычно реализуется на основе технологий радиоинтерфейса. Основным отличием UМТS от GSM является возможность осуществлять стыки с сетями ISDN, Internet, GSM или другими сетями UМТS. Для передачи данных от мобильного станции к базовой станции и обратно использует разные диапазоны частот.

К недостаткам UМТS-технологии следует отнести:

Относительно высокий вес мобильных терминалов наряду с низкой ёмкостью аккумуляторных батарей;

Сложность реализации перехода абонента из зоны действия одной базовой станции в зону действия другой без потери разговора (хэндовера) между сетями UМTS и GSM;

Небольшой радиус соты: 1 - 1 ,5 км.

В перспективе планируется эволюция UМTS в сети четвёртого поколения 4G, позволяющие базовым станциям передавать и принимать данные на скоростях 100 Мбит/с и 50 Мбит/с соответственно.

CDМA2000 представляет собой развитие технологии CDМA и обеспечивает скорость передачи данных до 153 кбит/с, что позволяет предоставлять услуги голосовой связи, передачу коротких сообщений, работу с электронной почтой, интернетом, базами данных, передачу данных и неподвижных изображений.

Основными достоинствами CDМA2000 являются:

Широкая зона обслуживания;

Высокое качество речи;

Гибкость и дешевизна внедрения новых услуг;

Высокая помехозащищённость;

Устойчивость канала связи от перехвата и прослушивания;

Низкая излучаемая мощность радиопередатчиков абонентских устройств - менее 250 мВт (для сравнения: в GSM-900 этот показатель составляет 2 Вт, а GSM- 1800 - 1 Вт).

WCDМA (Wideband Code Division Multiple Access) — технология широкополосного множественного доступа с кодовым разделением каналов в диапазоне частот 1900 - 2100 МГц. Термин WCDМA также используется для стандарта сотовой сети, который разрабатывался как надстройка над GSM. WCDМA ориентирована на предоставление мультимедийных услуг, доступа в Интернет и видеоконференции со скоростями передачи данных:

До 2 Мбит/с на коротких расстояниях;

384 кбит/с на больших расстояниях с полной мобильностью.

Такие скорости обеспечиваются за счёт широкой полосы частот канала в 5 МГц, что больше, чем в стандарте CDМA2000, использующем один или несколько каналов с полосой 1,25 МГц для каждого соединения.

Поколение 3.5G, как промежуточное поколение, характеризуется более высокими скоростями передачи данных по сравнению с 3-м поколением.

Начиная с 2006 года на сетях UМТS повсеместно распространяется технология HSDPА (High Speed Downlink Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильной станции) - стандарт поколения 3.5G, представляющий собой модернизированный 3G со средней скоростью передачи данных 3 Мбит/с и максимальной 14 Мбит/с.

Четвёртое поколение мобильных коммуникаций представляет собой эволюционное развитие 3G. Инфраструктура стандарта 4G базируется на IР-протоколе, что позволяет обеспечивать простой и быстрый доступ к Интернету. Высокие скорости передачи данных (100-200 Мбит/с) должны обеспечить передачу не только качественного звука, но и видео.

Планируется дальнейшее увеличение скорости передачи данных до 2,5 Гбит/с. Такие высокие скорости объясняются тем, что в четвёртом поколении используется только пакетная передача данных, включая голосовой трафик, передаваемый через протокол IP (мобильная VoIPтелефония).

Помимо этого, сети 4G должны обеспечивать глобальный роуминг, связь корпоративных сетей, мобильное телевидение высокой чёткости.

В качестве стандарта 4G активно продвигается технология широкополосной беспроводной связи для быстрого доступа в Интернет с мобильных компьютеров WiМAX (Worldwide Interoperability fоr Мicrowave Access) - телекоммуникационная технология, предоставляющая высокоскоростной беспроводной доступ к сети на больших расстояниях для широкого спектра устройств (от рабочих станций и портативных компьютеров до мобильных телефонов).

Скорости работы WiMAX-сетей будут достигать 75 Мбит/с и выше, что обеспечит не только доступ в Интернет, но и качественную передачу аудио- и видеоинформации, а также позволит использовать эту технологию в качестве «магистральных каналов».

Разработаны два стандарта технологии WiМAX - IEEE 802.16d и IEEE 802.16е.

Стандарт IEEE 802.16d, известный как фиксированный WiМAX и утверждённый в 2004 году, позволяет обслуживать только «статичных» абонентов, которые могут находиться как в зоне прямой видимости, так и вне зоны прямой видимости.

Стандарт IEEE 802.16е, известный как мобильный WiМAX и утверждённый в 2005 году, ориентирован на работу с пользователями, передвигающимися со скоростью до 120 км/ч, и поддерживает ряд специфических функций, таких как хэндовер, режим ожидания (idl e mode) и роуминг, что позволяет использовать его в сетях сотовой связи.

Возможна работа при отсутствии прямой видимости. Естественно, что мобильный WiМAX может применяться и для обслуживания фиксированных пользователей.

Конкурирующей по отношению к WiМAX является технология LТЕ.

LTE (Long Теrm Evolution) - технология мобильной передачи данных, предназначенная для повышения эффективности, снижения издержек, расширения оказываемых услуг путём интегрирования с существующими протоколами. Скорость передачи данных в соответствии со стандартом может достигать: 173 Мбит/с «вниз» (download) и 58 Мбит/с «вверх» (upload). Радиус действия базовой станции LTE зависит от мощности и используемых частот и составляет около 5 КМ, а при высоко расположенной антенне может достигать 100 КМ.

Важной проблемой в сетях 4-го поколения является поддержка высокой скорости передачи данных при перемещении мобильных станций с высокими скоростями, учитывая, что скорость передачи данных падает с увеличением скорости перемещения и с удалением от базовой станции.

Кроме того, необходимо обеспечить передачу управления мобильной станцией при её переходе с высокой скоростью (например, при движении в автомобиле или в поезде) из одной соты в другую без прерывания передачи данных и потери качества передаваемой информации.

Предполагается, что 4G станет единым стандартом, который заменит GSM, CDМA, UМTS и другие стандарты.