Направление движения предмета

Лекция 1/1 Основы телекоммуникаций и компьютерных технологий.
Количество информации в современном обществе стремительно нарастает,
человек оказывается погруженным в море информации. Чтобы быть
востребованным, человек должен обладать информационной культурой, т. е.
знаниями и умениями в области информационных технологий, а также знать
юридические и этические нормы, действующие в этой сфере.
В ходе профессионального становления необходимо Иметь представление:
 о структуре и возможностях современных систем телекоммуникаций и
компьютерных технологий;
 об основных процессах в системах Т и КТ.
приобрести Умения, свидетельствующие о необходимой информационной
культуре:
 овладение офисными информационными технологиями;
 работа с мультимедиа-документами, создание компьютерных
презентаций;
 использование электронных таблиц как инструмента исследовательской деятельности, как расчетного инструмента;
 создание баз данных и организация поиска информации в них;
 работа с электронной почтой, осуществление поиска необходимой
информации посредством услуг сети Интернет, работа с
информационными Web-сайтами.
Немаловажным может оказаться также наличие представления о
назначении и возможностях компьютерных систем автоматизированного
проектирования (САПР); использовании средств визуального объектноориентированного программирования для создания специализированных
приложений.
Помимо этого следует соблюдать юридические и этические нормы и правила.
Законы запрещают использование пиратского компьютерного обеспечения и
пропаганду насилия, наркотиков в Интернете.
Учебные вопросы:
1.
Телекоммуникации и компьютерные технологии в связях с
общественностью
В последнее десятилетие 20-го века информационно-коммуникационные
технологии стали одним из важнейших факторов, влияющих на развитие
общества. Их революционное воздействие касается государственных структур и
институтов гражданского общества, экономической и социальной сфер, науки и
образования, культуры и образа жизни людей. Многие развитие и развивающиеся
страны в полной мере осознали те колоссальные преимущества, которые несет с
собой развитие и распространение информационно-коммуникационных
технологий. Не у кого не вызывает сомнения тот факт, что движение к
1
информационному обществу - это путь в будущее человеческой цивилизации.
На первый взгляд может показаться, что специалисту по СО необязательно
вникать в технические подробности современных информационных технологий.
Безусловно, нет необходимости владеть данными знаниями на уровне
дипломированных специалистов, но нужно понимать основные принципы,
механизмы и понятия данных технологий, как водителю необходимо не только
уметь управлять автомобилем, но и быть способным произвести «горячий»
ремонт и при выборе автомобиля руководствоваться собственными знаниями о
технической и материальной составляющей этой проблемы. В наш XXI век
специалисту по СО отводится совершенно особое место в этом мире. Именно он
коммутирует потоки информации между источником и конечным ее
потребителем. Без всяких сомнений специалисту по СО необходимо владеть
всеми новейшими навыками и приемами обработки, передачи и хранения
информации. Он должен с точностью определять необходимость использования
тех или иных технических решений, например, не зная принципов работы сотовой
связи, он, попросту, не будет рассматривать данный вид коммуникации при
необходимости оперативной связи между искомыми объектами, будет искать
дорогие неадекватные или даже фантастические способы. В то время как
новейший стандарт передачи данных в сотовых сетях «3G» позволяет в режиме
реального времени осуществлять не только голосовую, но и видеосвязь
посредством обычного мобильного телефона, поддерживающего данный
стандарт. Помимо этого, крупнейшей информационной площадкой в нашем веке
стали просторы глобальной компьютерной сети Интернет. Ее развитие дошло до
таких высот, что в обычных квартирах уже далеко не редка выделенная линия для
доступа в сеть, позволяющая работать на высоких скоростях. Всего 5-6 лет назад
такие решения потребовали бы огромных финансовых и технических затрат.
Интернет становится все доступнее широким слоям населения и все более
захватывает мобильный рынок телекоммуникаций.
Специалист PR отдела не просто должен уметь обращаться с компьютером и
“сервировать” на просторах всемирной сети, но и иметь ясное представление о
принципах и проблемах ее функционирования.
Например, специалисту по PR необходимо подготовить некую информацию
для электронной презентации или Интернет-сайта, найдя нужную информацию, у
него возникает проблема того, что она хранится в виде графического файла
большого объема. Но у 30 % потенциальных потребителей этой информации нет
возможности получить оперативно такой большой файл. Если PR-специалист не
владеет информационными технологиями, то он не сможет найти адекватного
решения этой проблемы, которая представляет собой, всего-навсего, сжатие этого
файла. Либо, этот специалист будет, элементарно, не в курсе того, что с этим
файлом необходимо вообще что-либо делать и использует его, как есть, потеряв,
тем самым, часть потенциальной аудитории.
2
Другой пример: необходимо разработать информационную систему.
Привлекая к этой задаче сторонних непроверенных специалистов, не имея при
этом необходимых знаний и навыков, есть шанс, и не малый, в лучшем случае,
переплатить, а в худшем – оказаться жертвой шарлатанов или дилетантов.
Поэтому необходимо разговаривать с этими «субподрядчиками» на одном я зыке.
И только проявив свою компетентность, появится возможность выбрать
оптимальное решение при минимальных затратах.
При конструировании PR-специалистом системы сбора и подготовки
информации, пиарщик должен иметь точное представление о тех инструментах,
которые он планирует использовать, потому что, именно он выбирает
необходимое оборудование и средства, составляя тем самым «смету»
информационного центра. Таким образом, мы видим, что только правильный
выбор средств работы с информацией приводит к высоким результатам. Именно
PR-специалист решает, нужна ли ему обыкновенная телефонная связь или
сотовая, Интернет или достаточно офисной локальной сети. Именно этот
специалист формирует задачи по конечному оформлению информации и решает,
будет это видеоролик, или Интернет-сайт, рекламный буклет или компакт-диск с
электронной презентацией.
Безусловно, конкретной разработкой таких систем занимаются технические
специалисты в данной области, но пиарщик должен точно и ясно расставить
приоритеты и сформировать задачи при создании информационных систем. И
только при соблюдении всех этих условий система будет являть собой
СИСТЕМУ, а не хаотичную конструкцию из технических средств. И только тогда
она будет работать с максимальной отдачей.
2.
Объективная необходимость информатизации общества.
Основные определения
Во второй половине ХХ века человечество вступило в новый этап своего
развития. В этот период начался переход от индустриального общества к
информационному, в котором процессы сбора и обработки информации
приобрели качественно новое значение. Начался процесс информатизации
общества.
Информационное общество — это общество, в котором большая часть
населения занята получением, обработкой, передачей и хранением информации.
В информационном обществе главным ресурсом является информация:
именно на основе владения информацией о самых различных процессах и
явлениях можно эффективно и оптимально строить любую деятельность.
Важно не только произвести большое количество продукции, но
произвести нужную продукцию в определенное время с определенными
затратами и т. д. Поэтому в информационном обществе повышается не только
качество потребления, но и качество производства. Человек, использующий
3
информационные технологии, имеет лучшие условия труда, труд становится
творческим, интеллектуальным и т. д.
Неизбежность информатизации общества обусловлена резким ростом
производительных сил и возрастанием роли и значения информации (объемов и
своевременности) для управления ими в процессе созидательной деятельности
человека.
Процесс
перехода
от
постиндустриального
общества
к
информационному происходит в различных странах неодновременно, и
характеризуется различными темпами. Первыми на этот путь встали США,
Япония и страны Западной Европы. В этих государствах, начиная с 50-60 годов
прошлого века, проводится политика повсеместной информатизации всех сфер
деятельности человека. Завершение этого процесса в США предполагается к 2020
году, а в Японии и странах Западной Европы – 2030-2040 годам.
К основным признакам информационного общества следует отнести:
1. Большое количество трудящихся (около 80%) занято в
информационной сфере, то есть в сфере производства информации, и
информационных услуг (к числу которых относятся: переработка, хранение,
передача и накопление информации).
2. Обеспечены техническая, технологическая и правовая возможности
доступа любому члену общества практически в любой точке территории и в
приемлемое время к нужной ему информации (за исключением военных и
государственных секретов, точно оговоренных в соответствующих
законодательных актах).
К критериям развитости информационного общества относятся:
1. наличие надежных и недорогих компьютеров;
3. существование развитого рынка программного обеспечения;
4. уровень развития компьютерных информационных сетей;
5. количество населения, занятого в информационной сфере, а также
использующего информационные и коммуникационные технологии в
своей повседневной деятельности.
Информатизация
–
необходимое
условие
научно-технического,
социального, экономического и политического прогресса в обществе. Это
процесс разработки, создания и внедрения во все сферы жизнедеятельности
общества технических средств и практических методов сбора, обработки,
хранения, преобразования и использования научной информации, в целях
достижения и поддержания уровня информированности всех членов
общества необходимым для улучшения условий жизни общества, а также
для обеспечения качества принимаемых решений.
Таким образом,
использование средств ВТ позволяет сосредоточить на рабочем месте лица
принимающего решения (исследователя) необходимую информацию ещё того,
как она ему непосредственно потребуется.
Неизбежность информатизации обусловлена следующими основными
причинами:
4
- беспрецедентным усложнением социально-экономических процессов в
результате увеличения масштабов и темпов общественного производства,
углубления разделения труда (в том числе и в военной сфере) и его
специализации в научно-технической революции;
- необходимостью адекватно реагировать на возникающие проблемы в
динамично меняющейся обстановке, присущей постоянно развивающемуся
обществу;
- повышением степени самоуправления производственных предприятий,
территорий, регионов.
Таким образом, в процессе научно-технического прогресса, вызвавшего
активное развитие всех производственных сфер человечества, стало невозможно
обеспечить своевременность, принимаемых решений по управлению
технологическими системами и повышению качества их функционирования без
информационного обеспечения, что и послужило объективной основой перехода
к информационному обществу.
В СССР с 1989 г. разработана и реализуется концепция информатизации
общества. По предварительным оценкам информатизация в России завершится к
2050 году при условии стабилизации экономической и политической обстановки в
стране. По мнению научных экспертов, любая страна, насколько бы
индустриально-развитой она ни была, перейдет в разряд стран третьего мира, если
опоздает с информатизацией.
В настоящее время в мире производится свыше 200 млн. компьютеров.
Количество серверов в сети Интернет приближается к 150 млн.
Научным фундаментом процесса информатизации общества является
научная дисциплина – информатика.
В широком смысле информатика – наука об информационной деятельности,
информационных процессах и их организации в человеко-машинных системах.
Другими словами, это отрасль знаний, изучающая общие структуру и
свойства научной информации, а также закономерности и принципы её
создания, преобразования, накопления, передачи и использования в различных
областях человеческой деятельности.
Основными
разделами
информатики
являются
исследование
информационных средств и технологий, программных средств и моделирование
предметных областей.
Слово информатика происходит от французского слова Informatique,
образованного в результате объединения терминов Information (информация) и
Automatique (автоматика), что выражает ее суть как науки об автоматической
обработке информации. Кроме Франции термин информатика используется в ряде
стран Восточной Европы. В то же время, в большинстве стран Западной Европы и
США используется другой термин — Computer Science (наука о средствах
вычислительной техники).
В качестве источников информатики обычно называют две науки —
документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце
XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет
5
пришелся на 20-30-е годы XX века, а основным предметом стало изучение
рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.
2.
Методы измерения информации. Общая схема передачи
информации
Говоря об информатике необходимо владеть ее терминологией. Термин
информация имеет множество определений. Согласно «Энциклопедии
кибернетики» информация (лат. informatio - разъяснение, осведомленность) –
одно из наиболее общих понятий науки, обозначающее некоторые сведения,
совокупность каких – либо данных, знаний, сведений, сообщений и т.п.
В широком смысле «информация» – это отражение реального мира, в узком
смысле «информация» – это любые сведения, являющиеся объектом хранения,
передачи и преобразования.
Получение
и
преобразование
информации
является
условием
жизнедеятельности любого организма — от простейших до человека.
Человек получает информацию из окружающего мира с помощью органов
чувств, анализирует ее и выявляет важные существенные закономерности с
помощью мышления и хранит полученную информацию в форме знаний.
В математике и кибернетике информация, определяется ещё и как
количественная мера устранения неопределённости (энтропии), какого-либо
события.
По функциям управления информация бывает: плановой, учётной и
оперативной.
В практической деятельности лиц принимающих решение (ЛПР), большое
значение имеет не только качество, но и количество информации и подлежащей
анализу. Поэтому лицам, принимающим решения, необходимо иметь
представление об измерении информации.
Для теоретической информатики информация играет такую же роль, как и
вещество в физике. И подобно тому, как веществу можно приписывать довольно
большое количество характеристик: массу, заряд, объем, и т.д., так и для
информации имеется пусть и не столь большой, но достаточно представительный
набор характеристик единицы измерения, что позволяет некоторой порции
приписывать числа – количественные характеристики информации.
На сегодняшний день наиболее известны следующие методы измерения
информации:
- объемный;
- энтропийный;
- алгоритмический.
Объемный – является самым простым и грубым методом измерения
информации.
Соответствующую
количественную
оценку
информации
естественно назвать объемом информации. Объем информации в сообщении –
это количество символов в сообщении. Поскольку, например, одно и то же число
может быть записано многими разными способами (с использованием различных
6
алфавитов): «двадцать один», 21, 11001, XXI, то этот способ чувствителен к
форме представления (записи) сообщения. В вычислительной технике вся
обрабатываемая и хранимая информация вне зависимости от ее природы (число,
текст, отображение) представлено в двоичной форме (с использованием алфавита,
состоящего из двух символов 0 и 1). Такая стандартизация позволила ввести две
стандартные единицы измерения: бит и байт. Байт – это восемь бит.
В теории информации и кодирования применяется энтропийный метод
измерения информации. Этот метод измерения исходит из следующей модели.
Получатель информации имеет определенные представления о возможности
наступления некоторых событий. Эти представления в общем случае достоверны
и выражаются вероятностями, с которыми он ожидает то или иное событие.
Общая мера неопределенности (энтропия), характеризуется математической
зависимостью от совокупности этих вероятностей. Количество информации в
сообщении определяется тем, насколько уменьшится эта мера после получения
сообщения.
Для определения количества информации, содержащейся в сообщении о том,
что произошло одно из N равновероятных событий, используется формула:
i = log2 N.
Эта формула была получена американским инженером Ричардом Хартли в
1928 году и поэтому известна как формула Хартли
Характерным
примером
применения
формулы
является
расчёт
характеристик выбора карты из 32-х картной колоды.
Если определить количество информации как меру устраненной
неопределенности, то и полученную в результате выбора информацию можно
охарактеризовать числом 32, то есть для выбора конкретной карты может
потребоваться 32 опыта. Однако в теории информации получила использование
другая количественная оценка, а именно – логарифм от описанной выше оценки
по основанию 2:
H=log2m,
где m – число возможных равновероятных выборов (при m=2, H=1). То есть
для выбора из колоды имеем следующую оценку количества информации,
получаемую в результате выбора: H=log232=5.
Полученная оценка имеет интересную интерпретацию. Она характеризует
число двоичных вопросов, ответы на которые позволяет выбрать либо «да» либо
«нет». Для выбора дамы пик такими вопросами будут:
1 Карта красной масти?
Ответ – нет - 0.
2 Трефи?
Ответ – нет - 0.
3 Одна из четырех старших? Ответ – да
- 1.
4 Одна из двух старших?
Ответ – нет - 0.
5 Дама?
Ответ – да
-1
Таким образом, чтобы устранить неопределенность (сделать выбор
нужной карты) в колоде карт, необходимо получить в диалоговом режиме пять
ответов (сообщений). Этот выбор можно описать последовательностью из пяти
двоичных символов 00101. Количество информации 5 бит.
7
Сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в два раза, несет
1 бит информации.
Пример. Предположим, что ученик получил за год 100 оценок. Среди них:
60 пятёрок, 25 четвёрок, 10 троек и 5 двоек. Тогда:
-
вероятность пятерки – 60/100 = 0,6;
вероятность четвёрки – 25/100 = 0,25;
вероятность тройки – 10/100 = 0,1;
вероятность пятерки – 5/100 = 0,05.
Теперь зная вероятности событий, можно определить количество
информации в сообщении о каждом из них. Она определяется по формуле:
i = log2 (1/Р).
Таким образом:
I5 = i = log2 (1/0,6) = i = log2 (5/3) = 0,737 бит.
I4 = i = log2 (1/0,25) = i = log2 (4) = 2 бита.
I3 = i = log2 (1/0,1) = i = log2 (10) = 3,322бита.
I2 = i = log2 (1/0,05) = i = log2 (20) = 4,322 бита.
Количество информации в сообщении о некотором событии зависит от
вероятности этого события. Чем меньше вероятность, тем больше
информации.
Информативность всех таких сообщений можно выразить в битах, если
вычислить вероятность событий, обработав результаты наблюдений.
В теории информации существует алгоритмический метод оценки
информации в сообщении. Этот метод можно охарактеризовать следующими
рассуждениями.
Под алгоритмом всегда понималась процедура, которая позволяла путем
выполнения последовательных элементарных шагов (действий) получать
однозначный результат (независимо от того, кто выполнял эти шаги) или за
конечное число шагов прийти к выводу о том, что решение не существует.
Каждый согласится, что слово 0101…01 сложнее слова 00…0, а слово где 0 и
1 выбираются из эксперимента – бросания монеты (где 0 – герб, 1 – аверс),
сложнее обоих предыдущих.
Компьютерная программа, производящая слово из одних нулей крайне
проста: печатать один и тот же символ, противоположный только что
напечатанному. Случайная, не обладающая никакими закономерностями
последовательность не может быть произведена никакой «короткой» программой.
Длина программы, производящей хаотическую последовательность, должна быть
близка к длине последней.
Приведенные рассуждения позволяют предположить, что любому
сообщению можно приписать количественную характеристику, отражающую
сложность программы, которая позволяет ее произвести.
С практической точки зрения информация всегда представляется в виде
сообщения.
Информационное сообщение связано с источником сообщения,
8
получателем сообщений и каналом связи (рис.1.1). Данная схема была
предложена одним из основателей теории информации американским учёным
Клодом Шенноном. Источник сообщения – это обобщённое понятие
формирователя сообщения (говорящий человек) и технических устройств,
преобразования его характеристик (микрофоны – специальные устройства, с
помощью которых колебания звуковых волн преобразуются в электрические
сигналы, при более упрощенном рассмотрении микрофон также можно считать
кодирующим устройством). Сигнал — это способ передачи информации; это
физический процесс, имеющий информационное значение. Любой сигнал
переносится либо энергией, либо веществом. Сигнал может быть: аналоговым —
непрерывным, изменяющимся по амплитуде и по времени непрерывно (скорость
автомобиля, кардиограмма) или дискретным — принимающим конечное число
значений (сигнал светофора, ноты, азбука Морзе). Аналитически сигнал
определяется выражением: U=Acos(ωt +φ)
Источник
сообщений
Кодирующее
устройство
Шум
Канал связи
Защита
от шума
Декодирующее
устройство
Получатель
сообщений
Рис.1.1. Общая схема передачи информации.
Под кодированием понимается любое преобразование информации,
идущей от источника, в форму, пригодную для передачи по каналу связи.
Кодирующее устройство предназначено для преобразования первичного
сообщения (первичного электрического сигнала) к виду удобному для передачи
по каналу связи. Выделяют два процесса кодирования: кодирование источника –
для преобразования сигнала к виду удобному для передачи информации и
канальное кодирование – для обеспечения своевременности, защищённости и
доступности передаваемой информации. Декодирующее устройство преобразует
радиосигнал, поступивший из канала связи в первичный электрический сигнал,
аналогичный тому, который был на выходе источника сообщения. Этот сигнал
9
воспринимается получателем информации.
Термином «шум» называют разного рода помехи, искажающие
передаваемый сигнал и приводящие к потере информации. Для защиты от них
применяются различные технические средства и методы, например фильтры,
отделяющие полезный сигнал от шума.
Кроме того, после кодирования производится процесс модуляции, то есть
воздействия
низкочастотного
(НЧ)
информационного
колебания
на
высокочастотное (ВЧ). В результате изменяются характеристики последнего,
которое принято называть несущим. Такое преобразование необходимо для
передачи информации на дальние расстояния.
Классы вычислительных машин
По виду перерабатываемой
информации
Аналоговые
Цифровые
По принципу действия
Электронные
Механические
Смешанные
Рис.1.2. Классы вычислительных машин.
В предложенном случае с приемом информации связано изменение во
времени какой-либо величины несущего колебания, определяющей состояние
приемника. В этом смысле информационное сообщение можно представить
функцией X(t), характеризующей изменение во времени материальноэнергетических параметров физической среды, в которой осуществляются
информационные процессы. К числу таких параметров можно отнести параметры
электромагнитных волн (амплитуда, частота, фаза).
В современном мире информация, как правило, обрабатывается на
вычислительных машинах. Поэтому информатика тесно связана с понятием
вычислительной машины, которая является её инструментарием.
Компьютер (Computer) – устройство преобразования информации
посредством
выполнения
управляющей
(задающей)
программой
последовательности операций. Синоним компьютера – вычислительная машина.
В зависимости от вида перерабатываемой (обрабатываемой) информации и
принципу действия вычислительные машины можно подразделить на классы (рис.
1.2).
Аналоговые ВМ обеспечивают обработку информации, представленной в
аналоговом виде, т.е. в виде непрерывных электромагнитных колебаний.
10
Цифровые - цифровой информации, получаемой из аналоговых источников,
путём осуществления аналогово-цифровых преобразования, в целях обеспечения
качественной передачи, приёма сигналов и обеспечения эффективного
использования имеющихся ресурсов. Наибольший интерес для информатизации
представляют электронные вычислительные машины (ЭВМ).
Предметом информатики, как новой фундаментальной науки выступает
информационный ресурс (ИР), как симбиоз знания и информации.
Общегосударственная
АИС
Отраслевые АИС
Промышленные Непромышленные
сферы
сферы
АИС
объединением,
крупной
фирмой
Научные
сферы
Образование,
Культура
АИС НИИ, КБ,
ВУЗов
АИС на
транспорте
АИС банков,
кредитнофинансовой
деятельности
АСНИ
САПР
АСУП
АСУ
цехом
АИС в
торговле
АИС
социальными
процессами
АСУ технологическими процессами
Непрерывными Дискретными
Периодическими
Экспертные
системы
АИС
библиотека
Рис.1.3. Классификация АИС по направлению деятельности
Объектом информатики выступают автоматизированные, основанные на
ЭВМ и телекоммуникационной технике, информационные системы (ИС)
11
различного класса и назначения. Информатика изучает все стороны их
разработки, проектирования, создания, анализа и использования на практике.
Со второй половины ХХ века большинство вычислительных задач стали
решаться комплексами вычислительных машин – информационными системами
(ИС). ИС – взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала,
используемых для хранения, обработки и выдачи информации.
Автоматизированные ИС (АИС), позволяют выполнять ряд операций (циклов)
информационного процесса в автоматизированном режиме, то есть без участия
человека.
Информационные технологии (ИТ) – это процессы, использующие
совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи первичной
информации для получения информации нового качества. Они представляют
собой машинизированные (инженерные) способы обработки семантической
информации – данных и знаний, которые реализуются посредством
автоматизированных информационных систем (АИС). В настоящее время АИС
получили широчайшее распространение.
Классификация АИС осуществляется по ряду признаков, и в зависимости от
решаемой задачи можно выбрать разные признаки классификации. При этом одна
и та же АИС может характеризоваться одним или несколькими признаками. В
качестве признаков классификации АИС используются: область применения,
охватываемая территория, организация информационных процессов, направление
деятельности, назначение, структура и др. Пример классификации АИС по
направлению деятельности показан на следующем рисунке (рис.1.3).
Информатика делится на две части: теоретическую и прикладную
Теоретическая информатика рассматривает все аспекты разработки
автоматизированных информационных систем: их проектирования, создания и
использования не только формально-технической, но и содержательной
стороны, а также комплекс экономического политического и культурного
воздействия на социальную динамику.
В орбиту анализа теоретической информатики попадают и традиционные
системы преобразования информации и распространения знаний: средства и
системы массовой информации, система лекционной пропаганды, кино, театры,
справочные службы, и т.д. Но теоретическая информатика рассматривает их с
определенной стороны – с позиции получения и использования информационного
ресурса (ИР), то есть совокупности знаний и технических средств их обновления
и совершенствования, форм и способов воздействия указанных систем на
общественный прогресс, возможной их технологизации.
Теоретическая информатика изучает ИР, законы его функционирования и
использования как движущей силы социального прогресса, а также общие,
фундаментальные проблемы информационной технологии (ИТ).
Прикладная информатика изучает конкретные разновидности ИТ, которые
формируются с помощью специальных информационных систем (ИС)
(управленческих, медицинских, обучающих, военных и других).
12
3.
Кибернетические аспекты информатики. Информация и её
свойства. Формы и методы представления информации
Информатика
как
научная
дисциплина
занимается
изучением
информационных процессов.
Информационные процессы характерны не только для живой природы,
человека и общества, но и для техники.
Информационными процессами называются процессы, связанные с
получением, хранением, преобразованием и передачей информации. Получение и
хранение информации необходимы для ее использования.
Хранилища информации:
память человека — быстрая, оперативная, внутренняя память;
записные книжки, справочники — внешняя память. Чтобы воспользоваться ею,
надо сначала перевести ее в оперативную.
Передача информации - двусторонний процесс, осуществляется от
источника информации к ее приемнику через канал связи.
Преобразование информации, ее обработка — это процесс изменения либо
формы представления информации, либо ее содержания. Обработка информации
производится человеком либо в уме, либо с помощью вспомогательных средств
(счеты, калькулятор, компьютер). В результате изменения содержания информации
получается новая информация — математические вычисления, логические
рассуждения. Изменение формы без изменения содержания — это кодирование
или структурирование информации (ее упорядочение, сортировка).
Преобразование, анализ информации — основа выбора решений, процессов
управления в любой области.
Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были
заложены трудами по математической логике американского математика
Норберта Винера, опубликованными в 1948 году, а само название происходит от
греческого слова (kyberneticos — искусный в управлении).
Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер в
первой половине XIX веке. Он занимался разработкой единой системы
классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об
управлении, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению,
должна была существовать.
Сегодня предметом кибернетики являются принципы построения и
функционирования систем автоматического управления, а основными задачами
— методы моделирования процесса принятия решений техническими средствами,
связь между психологией человека и математической логикой, связь между
информационным процессом отдельного индивидуума и информационными
процессами в обществе, разработка принципов и методов искусственного
интеллекта. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же
программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и
информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики
математическую и логическую базу для развития этих средств.
13
Кибернетика – это наука об общих принципах управления в различных
системах – технологических, биологических, социальных.
Кибернетику
интересуют процессы взаимодействия между сложными объектами. Такие
взаимодействия рассматриваются как процессы управления. Основной целью
управления является приведение объектов управления в требуемое состояние,
через реализацию принятых органом управления решений. Главные
характеристики кибернетической системы это входная и выходная информация.
Информация между кибернетическими системами передаётся в виде некоторых
последовательностей сигналов. Выходные сигналы одних участников обмена
являются входными для других.
Информационные обмены происходят везде и всюду: между людьми, между
животными, между работающими совместно техническими устройствами. Во всех
этих случаях информация передаётся в виде последовательностей сигналов
разной природы: акустических, световых, графических, электрических и других.
С точки зрения кибернетики информацией является содержание
передаваемых сигнальных последовательностей.
Передача сигналов требует определённых материальных и энергетических
затрат. Например, при использовании электрической связи нужны провода и
источники электроэнергии. Однако содержание сигналов не зависит от затрат
вещества или энергии. В последовательностях сигналов закодированы
определённые смысловые элементы, в которых и заключается их содержание.
В любом процессе управления всегда происходит взаимодействие двух
объектов — управляющего и управляемого, которые соединены каналами прямой и
обратной связи (рис.1.4).
КПС
Орган
управления
КОС
Управляемый
объект
Рис. 1.4. Замкнутая система управления
По каналу прямой связи передаются управляющие сигналы, а по каналу
обратной связи передается информация о состоянии управляемого объекта. Если
объекты соединены каналами прямой и обратной связи, то такую систему называют
замкнутой, или системой управления с обратной связью.
Орган
управления
КПС
Управляемый
объект
Рис. 1.5. Разомкнутая система управления
Примеры замкнутых систем — взаимодействие дисковода и жесткого диска
при проведении операции записи информации, работа термостата.
14
Если процесс не учитывает состояние управляемого объекта и обеспечивает
управление по прямому каналу, то система называется разомкнутой (рис. 1.5)
Пример такого взаимодействия — процесс записи информации на дискету.
Классификация информации
Аналоговая
Цифровая
По физической природе
По форме
представления
- числовая;
- тестовая;
- графическая;
- аудио;
- видео.
Растровая;
Матричная;
Векторная.
По методу
формирования
По времени
существования
По
потребителю
- детерминированная; - статическая;
- случайная;
- динамическая;
- вероятностная.
- квазидинамическая.
Логическая;
Символьная.
- политическая;
- техническая;
- экономическая.
Рис. 1.6. Классификация информации
Для теоретической информатики информация играет такую же роль, как и
вещество в физике. И подобно тому, как веществу можно приписывать довольно
большое количество характеристик: массу, заряд, объем и т.д., так и для
информации имеется пусть и не столь большой, но достаточно представительный
набор характеристик. Как и для характеристик вещества, так и для характеристик
информации имеются единицы измерения, что позволяет некоторой порции
информации приписывать числа – количественные характеристики информации.
Так как информация очень разнообразна по содержанию и виду обслуживаемой
ею человеческой деятельности (политическая, научная, производственная,
управленческая, медицинская, экономическая, экологическая и правовая и др.), то
каждый вид информации (рис.1.6) имеет свои особенные технологии обработки,
смысловую ценность, формы представления и отображения на физическом
носителе, требования к точности, достоверности, оперативности отражения
фактов, явлений, процессов.
15
Наверное, каждый согласится, что в этом перечне приведены далеко не все
виды информации, также как и с тем, что от приведенного перечня мало проку.
Этот перечень не систематизирован. Для того чтобы классификация по видам
была полезной, она должна быть основана на некоторой системе. Обычно при
классификации объектов одной природы в качестве базы для классификации
используется то или иное свойство (может быть набор свойств) объектов. В
классической теории систем даётся следующее понятие свойства, как сторона
объекта, определяющая его сходство или различие с другими объектами. Как
правило, свойства объектов можно разделить на два больших класса: внешние и
внутренние свойства.
Внутренние свойства – это свойства, органически присущие объекту. Они
обычно «скрыты» от изучающего объект и проявляют себя косвенным образом
при взаимодействии данного объекта с другими.
Внешние свойства – это свойства, характеризующие поведение объекта при
взаимодействии с другими объектами.
Обзор
приведенных ситуаций позволяет сформулировать следующие
определения основных внешних свойств информации:
Релевантность – способность информации соответствовать нуждам
(запросам) потребителя.
Полнота – свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя)
характеризовать отображаемый объект или процесс.
Своевременность – способность информации соответствовать нуждам
потребителя в нужный момент времени.
Достоверность – свойство информации не иметь скрытых ошибок.
Доступность – свойство информации, характеризующее возможность её
получения данным потребителем.
Защищённость – свойство информации, характеризующее невозможность
несанкционированного использования или изменения.
Эргономичность – свойство информации, характеризующее удобство формы
или объёма информации с точки зрения данного потребителя.
Наиболее важным внутренним свойством информации является адекватность, которое обобщенно характеризует качество информации,
Логическая, адекватно отображающая объективные закономерности природы,
общества и мышления – это есть научная информация. Заметим, что последнее
определение характеризует не взаимоотношение «информация-потребитель» (не
зависит от потребителя), а взаимоотношение «информация - отражаемый
объект/явление».
Адекватность - свойство информации, характеризующее её способность
однозначно соответствовать отображаемому объекту или явлению. Адекватность
оказывается для потребителя внутренним свойством информации, проявляющим
себя через релевантность и достоверность.
Среди других внутренних свойств1 информации важнейшими являются:
1
Внутренние свойства – могут быть определены после глубокого анализа полученных данных.
16
- объём (количество) информации;
- внутренняя организация, структура.
По способу внутренней организации информацию делят на две группы:
1. Данные или простой, логически неупорядоченный набор сведений.
2. Логически упорядоченные, организованные наборы данных.
Упорядоченность данных достигается наложением на данные некоторой
структуры (отсюда часто используемый термин - структура данных).
Наконец, вне поля нашего зрения оказались свойства информации,
связанные с процессом её хранения. Здесь, важнейшим свойством является
живучесть – это способность информации сохранять своё качество с течением
времени. К этому ещё можно добавить свойство уникальности. Уникальной
называют информацию, хранящуюся в единственном экземпляре.
Информация, как мы убедились ранее, может быть по своему виду:
числовой, текстовой, графической, звуковой, видео и др. Она также может быть
постоянной
(неменяющейся),
переменной,
случайной,
вероятностной.
Наибольший интерес при решении задач обработки и анализа представляет
переменная информация, так как она позволяет выявлять причинно-следственные
связи в исследуемых процессах и явлениях.
Любая информация, обрабатываемая в ЭВМ, должна быть представлена в
двоичном виде {0;1}, то есть должна быть закодирована комбинацией этих цифр.
Различные виды информации (числа, тексты, графика, звук) имеют свои правила
кодирования. Коды отдельных значений, относящиеся к различным видам
информации, могут совпадать. Поэтому расшифровка кодированных данных
осуществляется по контексту при выполнении команд реализуемой программы.
В теории информации и кибернетики при обработке, передаче и приёме
информации осуществляется кодирование (декодирование) информации. Это
комплекс преобразований состоящих из ряда отдельных самостоятельных
операций, основными из которых являются:

кодирование источника сообщения – когда символы естественного языка
заменяются символами абстрактного алфавита;

канальное кодирование – когда полученная цифровая последовательность,
преобразуется к виду удобному для защищенной передачи информации по
каналу связи. Это обеспечивает определение и устранение ошибок в
информационном потоке, появившихся в результате воздействия помех в
дискретном канале связи (защита от шума).
Работа по обработке и передаче информации может иметь огромную
трудоёмкость, и её надо автоматизировать. Для этого очень важно унифицировать
форму представления данных – для этого обычно используется приём
кодирования, то есть выражение данных одного типа через данные другого типа.
Естественные человеческие языки - это не что иное, как системы кодирования
понятий для выражения мыслей посредством речи. К языкам близко примыкают
азбуки (системы кодирования компонентов языка с помощью графических
символов). Проблема универсального средства кодирования достаточно успешно
реализуется в отдельных отраслях техники, науки и культуры. В качестве
17
примеров можно привести систему записи математических выражений,
телеграфную азбуку, морскую флажковую азбуку, систему Брайля для слепых и
многое другое.
Символы естественного
алфавита
Символы кодового (абстрактного)
алфавита
А
Б
В
.
Я
000
123
301
.
111
Код
m=4 ( кодовый алфавит: 0,1,2,3), n=3.
В результате кодирования последовательность элементов сообщения на
естественном языке, заменяется по определённому правилу последовательностью
кодовых символов. Множество всех кодовых последовательностей (кодовых
комбинаций) образуют код. Совокупность символов, из которых составляются
кодовые последовательности, называют кодовым алфавитом, а их число m
(объём кодового алфавита) – основанием кода. Число символов n в кодовой
комбинации называется значностью кода или длиной кодовой комбинации.
Таким образом, чтобы привести символы сообщения к виду удобному для
передачи и ввода в ЭВМ их кодируют, то есть заменяют символами абстрактного
алфавита. При приёме (выводе информации) сообщения производится обратная
операция – декодирование.
Своя система существует и в вычислительной технике – она называется
двоичным
кодированием
и
основана
на
представлении
данных
последовательностью всего двух знаков 0 и 1. Эти знаки называются двоичными
цифрами (англ. binary digit – bit (бит)). Одним битом могут быть выражены два
понятия: 0 или 1 (да или нет, чёрное или белое, истина или ложь и т.п.). При
увеличении количества битов, происходит увеличения количества выражаемых
понятий:
*до 2-х - 00 01 10 11 (четыре);
*до 3-х - 000 001 010 011 100 101 110 111 (восемь).
Увеличивая на единицу количество разрядов в системе двоичного
кодирования, мы увеличиваем в два раза количество значений, которое может
быть определено по формуле, которая имеет вид:
n
N=2 ,
где: N – количество независимых кодируемых значений;
n - разрядность двоичного кодирования, принятая в данной системе.
Если поставить в соответствие по определённому правилу каждому символу
алфавита естественного языка определённое число (например порядковый номер),
18
то с помощью двоичного кода можно кодировать любую информацию
(текстовую, числовую и т.д.). Чтобы устранить неопределённости в национальных
системах кодирования, в качестве международного стандарта в вычислительной
технике был принят код ASCII (Американский стандартный код для
информационного обмена). Его значность 8. Таким образом, с его помощью
можно закодировать 256 символов (2 в 8 степени). Он содержит две таблицы
кодирования: базовую (символы от 0 до 127) и расширенную (символы от 128 до
255).
В результате выполнения операций кодирования каждый символ
естественного алфавита заменяется в соответствии с присвоенным ему номером в
двоичный цифровой код (кодируется номер). При выводе информация
производится обратная операция – номер преобразуется в изображение знака
(буквы, символа) и проецируется на экран монитора (выводится на печать).
В практическом плане различные виды информации могут быть
классифицированы как статические и динамические (квазидинамические).
Числовая, текстовая и символьная информация, как правило, – статическая.
Аудио- и видеоинформация – динамическая. Эти виды существуют в режиме
реального времени, их нельзя остановить для более подробного изучения.
Видеоинформация может быть статической в виде текстов, рисунков, графиков.
Динамическая видеоинформация – это видео-, мульт- и слайд - фильмы. В их
основе лежит последовательное экспонирование на экране в реальном масштабе
времени отдельных кадров в соответствии со сценарием.
Динамическая видеоинформация используется либо для передачи
движущихся изображений (анимация), либо для последовательной демонстрации
отдельных кадров вывода (слайд-фильмы).
Для демонстрации анимационных и слайд-фильмов используются различные
принципы. Анимационные фильмы демонстрируются так, чтобы зрительный
аппарат человека не смог зафиксировать отдельных кадров. В современных
высококачественных мониторах и в телевизорах с цифровым управлением
электронно-лучевой трубкой кадры сменяются до 70 раз в секунду, что позволяет
высококачественно передавать движущиеся изображения.
При демонстрации слайд-фильмов каждый кадр экспонируется на экран
столько времени, сколько необходимо для восприятия его человеком (обычно от
30 с до 1 мин). Слайд-фильмы можно отнести к статической видеоинформации.
Для кодирования символьной и текстовой информации применяются
различные системы: при вводе информации с клавиатуры кодирование
происходит при нажатии клавиши, на которой изображен требуемый символ, при
этом в клавиатуре вырабатывается так называемый scan-код, представляющий
собой двоичное число, равное порядковому номеру клавиши.
Номер нажатой клавиши никак не связан с формой символа, нанесённого на
клавише, Опознание символа и присвоение ему внутреннего кода ЭВМ
производятся специальной программой по специальным таблицам: ДКОИ, КОИ7, ASCII (Американский стандартный код для информационного обмена).
Всего с помощью таблицы кодирования ASCII можно закодировать 256
19
различных символов (табл.2.1). Монитор по каждому коду символа должен
обеспечить вывод на экран изображение символа – не просто цифровой код, а
соответствующую ему картинку, так как каждый символ имеет свою форму.
Описание формы каждого символа хранится в специальной памяти монитора
– знакогенераторе.
Высвечивание символа на экране осуществляется с помощью точек,
образующих символьную матрицу.
Каждый пиксель в такой матрице является элементом изображения и может
быть ярким или тёмным. Тёмная точка кодируется цифрой – 0, светлая (яркая) – 1.
Если изображать в матричном поле знака тёмные пиксели точкой, а светлые
– звёздочкой, то можно графически изобразить форму символа.
Кодирование аудиоинформации – процесс более сложный, поскольку такая
информация является аналоговой. Для преобразования её в цифровую форму
используют аппаратурные средства: аналого-цифровые преобразователи (АЦП), в
результате работы которых аналоговый сигнал – оцифровывается –
представляется в виде числовой последовательности. Для вывода оцифрованного
звука на аудиоустройства необходимо проводить обратное преобразование,
которое осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП).
Таким образом, различные виды информации кодируются по разному.
Статические виды кодируются по номерам, присвоенным им, динамические –
подлежат оцифровке, с последующим цифровым кодированием полученных
мгновенных значений сигнала.
4.
Кодирование динамической информации
Попробуем разобраться, как звуковые колебания можно представить в
цифровом виде.
Как видно из амплитудно-временного графика звукового сигнала (волновой
формы), в любой момент звучания амплитуда сигнала имеет конкретное значение,
которое может быть измерено и выражено некоторым числом. Таким образом,
если мы точно измерим амплитуду сигнала в каждый момент времени и выразим
ее в числовом виде, полученный ряд чисел будет точной записью исходного
звукового сигнала. Эта последовательность чисел может быть преобразована в
двоичную форму и записана на любой носитель, в том числе в память компьютера.
Однако здесь мы сталкиваемся с большой проблемой, поскольку звуковой
сигнал, вообще говоря, непрервен, то есть количество точек на его графике
бесконечно. Следовательно, для получения действительно точной цифровой
записи звукового сигнала измерять его амплитуду нужно через бесконечно малые
промежутки времени (и, следовательно, бесконечное количество раз, а
полученный числовой массив будет бесконечно велик). Более того, на “линейке”
шкалы измерения амплитуды должно быть бесконечное количество градаций, то
есть весь динамический диапазон должен выражаться числами от -  до +  (или
“хотя бы” от 0 до +  ). Естественно, в действительности мы можем провести
измерения лишь конечное число раз, используя конечное количество амплитудных
20
градаций (этот параметр называют амплитудным разрешением). Возникает
вопрос: через какие промежутки времени и с каким амплитудным разрешением
следует проводить измерения, чтобы звук на выходе не сильно отличался от
исходного сигнала (рис. 1.7).
Рис.1.7. Дискретизация сигнала 440 Гц с частотой 5000 Гц
Согласно известной теореме Котельникова (иногда её называют теоремой
Найквиста), для отображения сигнала некоторой частоты f необходима
дискретизация (сканирование и измерение амплитуд сигнала) с частотой не
менее 2f. Поскольку человеческий слух может воспринимать звуковые колебания
с частотой до 18 кГц, получается, что частота дискретизации любого звукового
сигнала должна быть не менее 36 кГц. На практике обычно используются частоты
дискретизации от 11 025 до 48 000 Гц (например, на звуковых компакт-дисках она
составляет 44 100 Гц), а в последнее время стала использоваться частота 96 кГц
(она определена как стандартная для DVD-дисков).
Что касается амплитудного разрешения, то можно заметить, что точность
воспроизведения повышается с увеличением количества градаций амплитудной
шкалы. В звуковых компакт-дисках используется 65 536 амплитудных градаций.
Как известно, для представления чисел в диапазоне от 0 до 65 535 необходимо 16
бит информации, поэтому часто бывает удобнее говорить о 16-битном разрешении
(а в просторечии - о 16-битном звуке). Ранее часто использовались 8-битное
разрешение (256 градаций) и 12-битное (4096 градаций), звучащие с большими
искажениями. На современном этапе звук обрабатывается, как правило, при 24битном или 32-битном разрешении (16 777 216 или 4 294 967 296 амплитудных
градаций).
Для того чтобы преобразовать звук в цифровую форму, используются
специальные устройства - аналого-цифровые преобразователи (АЦП). От качества
АЦП зависит качество полученного цифрового сигнала, и если преобразование
произведено плохо, то впоследствии придется затратить массу сил и времени на
то, чтобы исправить положение. Поэтому рекомендую пользоваться только
качественными АЦП.
Несмотря на все преимущества цифрового сигнала, его нельзя услышать
напрямую. Для того чтобы его услышать, перед подачей на усилитель и колонки
сигнал необходимо преобразовать в аналоговый, для чего используются цифроаналоговые преобразователи (ЦАП). ЦАП должен быть также высокого качества,
21
поскольку все достоинства цифрового сигнала и его гибкой компьютерной
обработки могут превратиться в ничто, если звук будет воспроизведен через
некачественный ЦАП. АЦП и ЦАП установлены на любой звуковой карте.
Теперь поговорим немного о том таким же образом происходит запись звука
в компьютер. Компьютер представляет собой сложный цифровой аппарат. Вся
информация в нем содержится в цифровом виде. Таким образом, и все процессы
происходящие в компьютере - это обработка цифровых сигналов. По этой причине
звуковую информацию, с которой мы бы хотели работать в дальнейшем,
необходимо оцифровать. Итак, что же такое оцифровка и какие устройства и какие
устройства обеспечивают этот процесс.
Уровень
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
∆t
Время
Рис 1.8. Процесс оцифровки сигнала
Оцифровка является одной из основных функций звуковых карт.
Изъясняясь научным языком, она включает в себя два процесса - процесс
дискретизации по времени (осуществление выборки, сэмплирование) и процесс
квантования по уровням.
Процесс дискретизации - это процесс получения значений величин
преобразуемого сигнала в определенные промежутки времени. Квантование процесс замены реальных значений сигнала приближенными с определённой
точностью. Попробуем разобраться. Итак, мы выяснили, что для записи сигнала
в компьютер его необходимо преобразовать в цифровые значения. Для этого
поступают следующим образом. Выбирается какой-то временной шаг (интервал),
с которым берутся значения уровня сигнала. Этот шаг называется шагом
дискретизации. Естественно, чем шаг меньше, тем большее количество значений
сигнала мы можем взять в определенный промежуток времени, и, соответственно,
тем с большей точностью будет “взят” сигнал. Процесс дискретизации во
времени представлен на рисунке 1.8.
Казалось бы, что для записи значений сигнала мы сделали все необходимое.
22
Теперь осталось лишь записать численные значения сигнала в файл. Однако, здесь
мы сталкиваемся с проблемой: ведь значения сигнала не могут быть записаны с
бесконечной точностью. Поэтому значения сигнала квантуют по уровню. Это
значит, что полученные в процессе дискретизации значения сигнала делятся на
уровни квантования (quantization levels) и каждое значение округляется до
ближайшего уровня. Таким способом получают конечные значения амплитуд
сигнала. Отметим снова, что и в данном случае чем больше уровней квантования,
тем более точно будут записаны численные значения уровня сигнала.
Чем меньше шаг дискретизации (другими словами, чем выше частота
выборки) и чем больше уровней квантования, тем с большей точностью
происходит оцифровка сигнала и тем более приближенно к оригиналу он будет
звучать при воспроизведении (т.е. при цифро-аналоговом преобразовании). Чтобы
избежать искажений при оцифровке, нужно следить за тем, чтобы динамический
диапазон сигнала соответствовал динамическому диапазону АЦП, или, другими
словами, чтобы значения сигнала не выходили за рамки максимального и
минимального уровней квантования.
Вспомним, что человеческое ухо способно слышать звук на частотах
приблизительно от 30 Гц до 20 КГц. Выше располагается спектр неслышимых для
человека частот. В связи с этим важно отметить, что максимальная частота
дискретизации (выборки) определяет максимальную частоту оцифровываемого
сигнала. Точнее говоря, максимальная частота сигнала будет примерно равна
половине максимальной частоты дискретизации. Такая зависимость, как уже
говорилось выше доказана в теореме Котельникова-Найквиста. В ней говорится о
том, что для достижения баланса между качеством и полосой пропускания
системы, необходимо, чтобы частота выборки вдвое превышала частоту звукового
сигнала. Вернее, чтобы произвести успешную дискретизацию чисто
синусоидального сигнала, частота дискретизации действительно должна быть
ровно в два раза больше частоты синусоиды, в то время как оцифровку реального
звукового сигнала нужно производить на частоте немного большей, чем удвоенная
частота самого сигнала, то есть с запасом.. Приведем конкретный пример. Если,
скажем, вы оцифровали звук с частотой дискретизации 20 КГц, то это будет
означать, что фактически оцифрованный звук содержит частоты до 10 КГц, т.е.
низкие и средние частоты.
Следует обратить внимание на то, что в процессе оцифровки к полезному
сигналу прибавляются различные шумы. Один из таких шумов - джиттер (jitter).
Джиттер появляется в результате того, что осуществление выборки сигнала
происходит не через абсолютно равные промежутки времени, а с какими-то
отклонениями. То есть если, скажем, дискретизация проводится с частотой 44.1
КГц, то отсчеты берутся не точно каждые 1/44100 секунды. А так как входной
сигнал постоянно меняется, то такая ошибка приводит к “захвату” не совсем
верного уровня сигнала. В результате во время проигрывания оцифрованного
сигнала чувствуется некоторое дрожание. Появление джиттера является
результатом неабсолютной стабильности АЦП. Для борьбы с этим явлением
применяют высокостабильные тактовые генераторы.
23
Как же происходит оцифровка с точки зрения пользователя? Оказывается, всё
намного проще, чем могло показаться на первый взгляд. Для оцифровки какоголибо сигнала его необходимо подать на вход звуковой карты (то есть фактически
соединить вход звуковой карты с выходом того устройства, с которого будет
подан сигнал), запустить специальную программу, выбрать параметры записи,
нажать кнопку записи и сохранить результат (грубо говоря, набор байтов) в файле.
Процесс оцифровки происходит в режиме реального времени. Например, вы
хотите оцифровать с аудиокассеты какую-то песню продолжительностью 2
минуты, то для этого необходимо подключить магнитофон ко входу звуковой
карты, запустить упомянутую выше программу, перевести ее в режим записи
(оцифровки) и вклю чить магнитофон на воспроизведение. По окончании песни
нужно остановить процесс оцифровки и записать результат в файл. Вот и все!
Итак, что же следует запомнить из вышесказанного? По сути, совсем немного
- оцифрованная аудиоинформация всегда характеризуется тремя параметрами:
• частотой дискретизации или sampling rate где (например, 8, 11, 44, 48 КГц
и т.д.);
• уровнем квантования (разрядностью) или quantization level (8, 16, 18, 20, 24
или 32 бита);
• количеством каналов (1 - моно, 2 - стерео и т.д.).
Очевидно, что проигрывать оцифрованный звук нужно с теми же
параметрами,
с
которыми
его
оцифровывали.
Можно,
конечно,
поэкспериментировать и, например, звук, оцифрованный с частотой
дискретизации 22 КГц, проиграть на частоте 44 КГц. Тогда вы получите точно
такой же результат, что и при ускоренном воспроизведении аудиозаписи на
магнитной ленте.
Такие же действия производятся и при оцифровке аналогового видеосигнала
24
Лекция 2/1 Системы передачи данных и их основные характеристики.
«Если где-то в мире есть полезная информация, предназначенная для вас, она
должна быть доставлена вам незамедлительно» — одно из условий успешной
предпринимательской деятельности.
Электронные коммуникации приобретают в современном мире все большее
значение. Сегодня, в условиях ежегодного многократного увеличения
информационных потоков, уже практически невозможно вообразить четкое
взаимодействие предпринимательских фирм, банковских структур, государственных
предприятий, других организаций и их сотрудников без современных средств
телекоммуникации и связи. Без наличия таких средств никакая огромная армия
канцелярских работников и курьеров не может обеспечить оперативность доставки
необходимой информации в нужный момент в нужное место. А ведь часто даже
минутная задержка в получении важной информации может вылиться в весьма
ощутимые финансовые потери и имиджевые крахи.
1.
Классификация систем передачи данных. Характеристика
процесса передачи данных
В системах административного управления информация передается как путем
переноски (перевозки) информационных документов курьером (или по почте), так и
с использованием систем автоматизированной передачи информации по каналам
связи.
Ручная переноска и механическая перевозка документов являются весьма распространенными способами передачи информации в учреждениях. Этот способ, при
минимальных капитальных затратах, полностью обеспечивает достоверность
передачи информации, предварительно зафиксированной на документах и проконтролированной
Совокупность средств, служащих для передачи информации, будем называть
системой передачи информации (СП).
Рис. 1. Блок схема автоматизированной системы передачи информации
На рис.1 представлена обобщенная блок-схема автоматизированной системы
25
передачи информации, проконтролированной непосредственно в пунктах ее
регистрации. Оперативность (скорость) передачи низкая и может удовлетворить
лишь очень непритязательного пользователя. Для оперативной доставки информации
используют системы автоматизированной передачи информации.
Источник и потребитель информации непосредственно в СП не входят — они
являются абонентами системы передачи. Абонентами могут быть компьютеры,
маршрутизаторы ЛВС, системы хранения информации, телефонные аппараты,
пейджеры, различного рода датчики и исполнительные устройства, а также люди. В
составе структуры СП можно выделить:
 канал передачи (канал связи — КС);
 передатчик информации;
 приемник информации.
Передатчик служит для преобразования полученного от абонента сообщения
в сигнал, передаваемый по каналу связи, приемник — для обратного преобразования
сигнала в сообщение, поступающее абоненту.
В идеальном случае при передаче должно быть однозначное соответствие между
передаваемым и получаемым сообщениями. Однако под действием помех, возникающих в канале связи, в приемнике и передатчике, это соответствие может быть
искажено, и тогда говорят о недостоверной передаче информации.
Основными
качественными
показателями
системы
передачи
информации являются:
 пропускная способность,
 достоверность,
 надежность работы.
Пропускная способность системы (канала) передачи информации — наибольшее
теоретически достижимое количество информации, которое может быть передано по
системе за единицу времени. Пропускная способность системы определяется
физическими свойствами канала связи и сигнала. От пропускной способности канала
зависит максимально возможная скорость передачи данных по этому каналу. Для
определения максимально возможной скорости надо знать три основных параметра
канала связи и три основных параметра сигнала, по нему передаваемого.
1. Параметры канала:
 Fk, — полоса пропускания капала связи, или, иначе, полоса частот, которую канал
способен пропустить, не внося заметного нормированного затухания сигнала;
 Hk — динамический диапазон, равный отношению максимально допустимого
уровня сигнала в канале к уровню помех, нормированному для этого типа
каналов;
 Тk, — время, в течение которого канал используется для передачи данных.
Объем канала связи:
Vk = Fk ∙ Hk ∙ Тk
2. Параметры сигнала:
Fc — ширина спектра частот сигнала, под которой понимается интервал
по шкале частотного спектра, занимаемый сигналом;
26
Нс — динамический диапазон, представляющий собой отношение средней
мощности сигнала к средней мощности помехи в канале;
Тс — длительность сигнала, то есть время его существования. Произведение трех
названных параметров определяет, соответственно:
Объем сигнала:
Vk = Fc ∙ Hc ∙ Тc
Один из создателей теории информации К. Шеннон показал, что количество информации на синтаксическом уровне (по Шеннону), которое несет сигнал, пропорционально объему этого сигнала; с другой стороны, выполнение неравенства Vk >
Fc является необходимым условием возможности неискаженной передачи данного
сигнала по данному каналу, то есть в этом случае принципиально допустима такая
передача.
Для непосредственной реализации означенной возможности требуется выполнение необходимых и достаточных условий «неискаженной передачи»: Vk ≥Fc, Нk
≥НС Vk≥ТС.
Согласование сигнала с каналом связи и уплотнение каналов при передаче по
ним сигналов от разных источников как раз и заключается в таком преобразовании
параметров сигналов, чтобы необходимое условие возможности передачи
превратить в достаточное.
Существует еще одно доказанное Шенноном соотношение, вытекающее кз вышеприведенных, оно позволяет рассчитать непосредственно максимально возможную
скорость передачи данных по каналу:
C = F ∙ log2 (1+ Pc/ Pш)
где С — максимально возможная скорость в битах/с, F — ширина полосы
пропускания канала связи в герцах, Рс — мощность сигнала, Рш — мощность
шума.
Из этого соотношения (так же как из предыдущих) следует, что увеличить скорость передачи данных в канале связи можно или увеличив мощность сигнала, или
снизив мощность помех. Увеличение мощности сигнала ограничено величиной
допустимого уровня мощности сигнала в канале и мощностью передатчика (мощные
передатчики имеют большие габариты и стоимость). Уменьшения мощности помех
можно достигнуть, применяя хорошо экранированные от помех кабели (что тоже не
дешево). Но и это еще не все трудности — главное, что скорость зависит от
логарифма соотношения сигнал/шум, поэтому, например, увеличение мощности
передатчика в два раза при типичном соотношении PC / РШ = 100 даст увеличение
максимально возможной скорости только на 15%. Скорость передачи информации
измеряется в бит/с и в бодах. Количество изменений информационного параметра
сигнала в секунду измеряется в бодах. Бод — это такая скорость, когда передается
один сигнал (например, импульс) в секунду, независимо от величины его
изменения. Единица измерения бит/с соответствует единичному изменению
сигнала в канале связи и при простых методах кодирования сигнала; когда любое
изменение бывает только единичным, можно принять, что: 1 бод = 1 бит/с; 1 Кбод =
103 бит/с; 1 Мбод = 106 бит/с и т. д. В случае если элемент данных может быть
представлен не двумя, а большим количеством значений какого-либо параметра
27
сигнала, то есть изменение сигнала может быть не единичным, значение 1 бод > 1
бит в секунду. Например, если измеряемыми (информационными) параметрами
сигнала являются фаза и амплитуда синусоиды, причем различаются четыре
значения фазы и два значения амплитуды, то информационный сигнал может иметь
23 = 8 различимых состояний. Тогда скорость передачи данных СП с тактовой
частотой 9600 Гц будет 9600 бод, но 9600 • 3 = 28 800 бит/с.
Достоверность передачи информации — передача информации без ее искажения.
Надежность работы — полное и правильное выполнение системой всех своих
функций.
Передатчик и приемник, или иначе — аппаратура передачи данных (АПД),
непосредственно связывают терминальные устройства — оконечные устройства
(источник и приемник информации) с каналом связи. Примерами АПД могут
служить модемы, терминальные адаптеры, сетевые карты и т. д. АПД работает на
физическом уровне, отвечая за передачу и прием сигнала нужной формы и мощности
в физическую среду (линию связи).
В составе СП большой протяженности может использоваться и дополнительная
аппаратура для улучшения качества сигнала («усиления» сигнала) и для формирования непрерывного физического или логического канала между абонентами. В
качестве этой аппаратуры выступают повторители, коммутаторы, концентраторы,
маршрутизаторы, мультиплексоры. Промежуточная аппаратура иногда образует
достаточно сложную так называемую первичную сеть, но никакой функциональной
нагрузки не несет — она должна быть незаметна (прозрачна) для абонента.
Линия связи и канал связи — это не одно и то же.
Линия связи (ЛС) — это физическая среда, по которой передаются информационные сигналы. В одной линии связи могут быть организованы несколько каналов
связи путем временного, частотного кодового и других видов разделения — тогда
говорят о логических (виртуальных) каналах. Если канал полностью монополизирует
линию связи, то он может называться физическим каналом, и в этом случае совпадает
с линией связи. Хотя допустимо, например, говорить об аналоговом или цифровом
канале связи, но абсурдно заявлять об аналоговой или цифровой линии связи, раз
линия — лишь физическая среда, в которой могут быть образованы каналы связи
разного типа. Тем не менее, даже говоря о физической многоканальной линии, ее
часто называют каналом связи. ЛС являются обязательным звеном любой системы
передачи информации.
Каналы связи могут быть:
По физической природе:
• Механические
• Оптические
• Акустические
• Электрические
По форме:
• Аналоговые
• Цифровые
По направлению передачи информации:
 Симплексные
 Полудуплексные
 Дуплексные
По пропускной способности:
 Низкоскоростные
 Среднескоростные
 Высокоскоростные
28
По наличию коммутации:
 Коммутируемые
 Выделенные
По физической природе ЛС и КС на их основе делятся на:
 механические — используются для передачи материальных носителей
информации;
 акустические — переносят звуковой сигнал;
 оптические — передают световой сигнал;
 электрические — передают электрический сигнал.
Электрические и оптические КС могут быть:
 проводными, где для передачи сигналов служат проводниковые линии
связи (электрические провода, кабели, световоды и т. д.);
 беспроводными (радиоканалы, инфракрасные каналы и т. д.),
использующими для передачи сигналов электромагнитные волны,
распространяющиеся по эфиру.
По форме представления передаваемой информации КС делятся на:
 аналоговые — по аналоговым каналам передается информация,
представленная в непрерывной форме, то есть в виде непрерывного ряда
значений какой-либо физической величины;
 цифровые — по цифровым каналам пересылается информация,
представленная в виде цифровых (дискретных, импульсных) сигналов той
или иной физической природы.
В зависимости от возможных направлений передачи информации различают:
 симплексные КС, позволяющие передавать информацию только в одном
направлении;
 полудуплексные КС, обеспечивающие попеременную передачу
информации в прямом и в обратном направлениях;
 дуплексные КС, позволяющие вести передачу информации
одновременно
 и в прямом, и в обратном направлениях.
Каналы связи могут быть, наконец:
 Коммутируемые каналы создаются из отдельных участков (сегментов)
только на время передачи по ним информации; по окончании сеанса связи
такой канал ликвидируется (разрывается).
 Некоммутируемые (выделенные) каналы организуются на длительное
время и имеют постоянные характеристики по длине, пропускной
способности, помехозащищенности.
По пропускной способности их можно разделить на:
 низкоскоростные КС, скорость передачи информации в которых
составляет от 50 до 200 бит/с; это телеграфные КС, как коммутируемые
(абонентский телеграф), так и некоммутируемые;
 среднескоростные КС, например аналоговые (телефонные) КС; скорость
передачи в них от 300 до 9600 бит/с, а в новых стандартах v90-v.92
Международного консультативного комитета по телеграфии и
29
телефонии (МККТТ) и до 56 000 бит/с;
 высокоскоростные (широкополосные) КС, обеспечивающие скорость
передачи информации выше 56 000 бит/с.
Следует особо отметить, что телефонный КС является более узкополосным, чем
телеграфный, но скорость передачи данных по нему выше благодаря обязательному наличию модема, существенно снижающего Fc передаваемого сигнала. При
простом кодировании максимально достижимая скорость передачи данных по
аналоговым каналам не превосходит 9600 бод = 9600 бит/с. Применяемые в
настоящее время сложные протоколы кодирования передаваемых данных используют не два, а несколько значений параметра сигнала для отображения элемента
данных, и позволяют достичь скорости передачи данных по аналоговым телефонным
линиям связи 56 Кбит/с = 9600 бод.
По цифровым КС, организованным на базе телефонных линий, скорость передачи данных благодаря уменьшению Fc и увеличению Нk оцифрованного сигнала также
может быть выше (до 64 Кбит/с), а при мультиплексировании нескольких цифровых
каналов в один в таком составном КС скорость передачи способна удваиваться,
утраиваться и т. д.; существуют подобные каналы со скоростями в десятки и сотни
мегабитов в секунду.
Физической средой передачи информации в низкоскоростных и среднескоростных КС обычно являются проводные линии связи: группы либо параллельных, либо
скрученных («витая пара») проводов.
Для организации широкополосных КС используются различные кабели, в частности:
 неэкранированные с витыми
 волоконно-оптические
парами из медных проводов
(Fiber Optic Cable — FOC);
(Unshielded Twisted Pair - UTP);
CD коаксиальные (Coaxial
 экранированные с витыми
Cable — CC);
парами из медных проводов
 беспроводные
(Shielded Twisted Pair - STP);
радиоканалы.
Витая пара — это изолированные проводники, попарно свитые между собой
для уменьшения перекрестных наводок между проводниками. Такой кабель,
состоящий обычно из небольшого количества витых пар (иногда даже двух),
характеризуется меньшим затуханием сигнала при передаче на высоких частотах и
меньшей чувствительностью к электромагнитным наводкам, чем параллельная пара
проводов.
UTP-кабели чаще других используются в системах передачи данных, в частности в вычислительных сетях. Выделяют пять категорий витых пар UTP: первая и
вторая категории используются при низкоскоростной передаче данных; третья,
четвертая и пятая — при скоростях передачи соответственно до 16,25 и 155 Мбит/с (а
при использовании стандарта технологии Gigabit Ethernet на витой паре,
введенного в 1999 году, и до 1000 Мбит/с). При хороших технических характеристиках эти кабели сравнительно недороги, они удобны в работе, не нуждаются в
заземлении.
STP-кабели обладают хорошими техническими характеристиками, но имеют вы30
сокую стоимость, жестки и неудобны в работе и требуют заземления экрана. Они
делятся на типы: Type 1A, Туре 2А, Туре ЗА, Туре 5А, Туре 9А. Из них Туре ЗА
определяет характеристики неэкранированного телефонного кабеля, a Type 5A —
волоконно-оптического кабеля. Наиболее популярен кабель Type 1A стандарта IBM,
состоящий из двух пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой,
которую положено заземлять. Его характеристики примерно соответствуют
характеристикам UTP-кабеля категории 5.
Коаксиальный кабель представляет собой медный проводник, покрытый диэлектриком и окруженный свитой из тонких медных проводников экранирующей защитной оплеткой. Коаксиальные кабели для телекоммуникаций делятся на две
группы:
 «толстые» коаксиалы;
 «тонкие» коаксиалы.
Толстый коаксиальный кабель имеет наружный диаметр 12,5 мм и достаточно
толстый проводник (2,17 мм), обеспечивающий хорошие электрические и механические характеристики. Скорость передачи данных по толстому коаксиальному
кабелю достаточно высокая (до 50 Мбит/с), но, учитывая определенное неудобство
работы с ним и его значительную стоимость, рекомендовать его для использования в
сетях передачи данных можно далеко не всегда. Тонкий коаксиальный кабель имеет
наружный диаметр 5-6 мм, он дешевле и удобнее в работе, но тонкий проводник в
нем (0,9 мм) обусловливает худшие электрические (передает сигнал с допустимым
затуханием на меньшее расстояние) и механические характеристики. Рекомендуемые
скорости передачи данных по «тонкому» коаксиалу не превышают 10 Мбит/с.
Основу волоконно-оптического кабеля составляют «внутренние подкабели» —
стеклянные или пластиковые волокна диаметром 8-10 (одномодовые — однолучевые) и 50-60 (многомодовые — многолучевые) микрон, окруженные твердым
заполнителем и помещенные в защитную оболочку диаметром 125 мкм. В одном
кабеле может содержаться от одного до нескольких сотен таких «внутренних
подкабелей». Кабель, в свою очередь, окружен заполнителем и покрыт более
толстой защитной оболочкой, между которыми проложены кевларовые волокна,
принимающие на себя обеспечение механической прочности кабеля. По
одномодовому волокну (диаметр их 8-10 мкм) оптический сигнал распространяется,
почти не отражаясь от стенок волокна (входит в волокно параллельно его стенкам),
чем обеспечивается очень широкая полоса пропускания (до сотен гигагерц на
километр). По многомодовому волокну (его диаметр 40-100 мкм)
распространяются сразу много волн различной длины, каждая из которых входит в
волокно под своим углом и, соответственно, отражается от стенок волокна в разных
местах (полоса пропускания многомодового волокна 500-800 МГц на километр).
Источником распространяемого по оптоволоконному кабелю светового луча является преобразователь электрических сигналов в оптические, например светодиод
или полупроводниковый лазер. Кодирование информации осуществляется
изменением интенсивности светового луча. Физической основой передачи светового
луча по волокну является принцип полного внутреннего отражения луча от стенок
волокна, обеспечивающий минимальное затухание сигнала, наивысшую защиту от
внешних электромагнитных полей и высокую скорость передачи. По
31
оптоволоконному кабелю, имеющему большое число волокон, можно передавать
огромное количество сообщений. На другом конце кабеля принимающий прибор
преобразует световые сигналы в электрические. Скорость передачи данных по
оптоволоконному кабелю очень высока и достигает величины 1000 Мбит/с, но он
очень дорог и используется обычно лишь для прокладки ответственных магистральных каналов связи. Такой кабель связывает столицы и крупные города
большинства стран мира, а по дну Атлантического океана проложен кабель между
Европой и Америкой. Оптоволоконный кабель соединяет Санкт-Петербург с
Москвой, прибалтийскими и скандинавскими странами, кроме того, он проложен в
тоннелях метро и проникает во все районы Санкт-Петербурга. В вычислительных
сетях, и в частности, в сети Интернет оптоволоконный кабель используется на
наиболее ответственных их участках. Возможности оптоволоконных каналов
поистине безграничны: по одному толстому магистральному оптоволоконному
кабелю можно одновременно организовать несколько сот тысяч телефонных каналов,
несколько тысяч видеотелефонных каналов и около тысячи телевизионных каналов.
Радиоканал — это беспроводный канал связи, прокладываемый через эфир. Система передачи данных (СПД) по радиоканалу включает в себя радиопередатчик и
радиоприемник, настроенные на один и тот же радиоволновой диапазон, который
определяется частотной полосой электромагнитного спектра, используемой для
передачи данных. Часто такую СПД называют просто радиоканалом. Скорости
передачи данных по радиоканалу практически не ограничены (они ограничиваются
полосой пропускания приемо-передающей аппаратуры). Высокоскоростной
радиодоступ предоставляет пользователям каналы со скоростью передачи 2 Мбит/с
и выше. В ближайшем будущем ожидаются радиоканалы со скоростями 20-50
Мбит/с. Ниже представлены названия радиоволн и соответствующие им частотные
участки.
Диапазоны радиоволн
Название диапазона волн
Полоса частот
3-30 кГц
Сверхдлинные волны (УНЧ)
Длинные волны (НЧ)
30-300 кГц
Средние волны (СЧ)
300-3000 кГц
Короткие волны (ВЧ)
3-30 МГц
Ультракороткие волны (УВЧ)
30 МГц-300 ГГц
Субмиллиметровые волны (СВЧ)
300-6000 ГГц
Для коммерческих телекоммуникационных систем чаще всего выделяются частотные диапазоны 902-928 МГц и 2,4-2,48 ГГц (в некоторых странах, например
США, при малых уровнях мощности излучения — до 1 Вт — разрешено использовать
эти диапазоны без государственного лицензирования). Беспроводные каналы связи
обладают плохой помехозащищенностью, но обеспечивают пользователю
максимальную мобильность и оперативность связи. В вычислительных сетях
беспроводные каналы связи для передачи данных используются чаще всего там, где
применение традиционных кабельных технологий затруднено
или просто невозможно. Но в ближайшем будущем ситуация может измениться —
32
активно ведется разработка новой технологии беспроводной связи Bluetooth.
Bluetooth — это технология передачи данных по радиоканалам на короткие расстояния, позволяющая осуществлять связь беспроводных телефонов, компьютеров и
различной периферии даже в тех случаях, когда нарушается требование прямой
видимости.
Общеупотребительными и уже достаточно известными являются соединения
электронной аппаратуры между собой при помощи инфракрасного канала связи. Но
эти соединения требуют прямой видимости. Например, пультом дистанционного
управления телевизором невозможно воспользоваться, если между вами и
телевизором оказался хотя бы лист газетной бумаги.
Первоначально Bluetooth рассматривалась исключительно как альтернатива инфракрасным соединениям между различными портативными устройствами. Но сейчас
специалисты предсказывают уже два направления широкого использования
Bluetooth. Первое — это домашние сети, включающие в себя различную электронную
технику, в частности компьютеры, телевизоры и т. п. Второе, гораздо более важное,
направление — локальные сети офисов небольших фирм, где стандарт Bluetooth
позиционируется как замена традиционных проводных технологий. Недостатком
Bluetooth является сравнительно низкая скорость передачи данных — она не
превышает 720 Кбит/с, поэтому эта технология не способна обеспечить передачу
видеосигнала.
Телефонные линии связи являются наиболее разветвленными и широко используемыми. По ним осуществляется передача звуковых (тональных) и факсимильных
сообщений, они являются основой построения информационно-справочных систем,
систем электронной почты и вычислительных сетей. По телефонным линиям могут
быть организованы и аналоговые, и цифровые каналы передачи информации.
Рассмотрим этот вопрос, ввиду его высокой актуальности, несколько подробнее.
«Простая старая телефонная система», в англоязычной аббревиатуре POTS
(Primitive Old Telephone System), состоит из двух частей: магистральной системы
связи и сети доступа абонентов к ней. Самый обычный вариант доступа абонентов к
магистральной системе — через абонентский аналоговый канал связи. Большинство
телефонных аппаратов подключаются к автоматической телефонной станции (АТС),
являющейся уже элементом магистральной системы. Телефонный микрофон
преобразует звуковые колебания в аналоговый электрический сигнал, который и
передается по абонентской линии в АТС. Требуемая для передачи человеческого
голоса полоса частот составляет примерно 3 кГц, в диапазоне от 300 Гц до 3,3 кГц.
При снятии телефонной трубки формируется сигнал off-hook, сообщающий АТС о
вызове, и, если телефонная станция не занята, набирается нужный телефонный
номер, который передается в АТС в виде последовательности импульсов (при
импульсном наборе) или в виде комбинации сигналов звуковой частоты (при
тональном наборе). Завершается разговор сигналом on-hook, формируемым при
опускании трубки. Такой тип процедуры вызова называется in band, поскольку
передача сигналов вызова производится по тому же каналу, что и передача речи.
Цифровые каналы связи
Поскольку цифровые сигналы можно более эффективно и гибко обрабатывать
33
и передавать чем аналоговые, стали развиваться цифровые каналы связи. Перед
вводом в такой канал аналогового сигнала он оцифровывается — преобразуется в
цифровую форму: каждые 125 мкс (частота оцифровки обычно равна 8 кГц) текущее
значение аналогового сигнала отображается 8-разрядным двоичным кодом. Скорость
передачи данных по базовому цифровому каналу, таким образом, составляет 64
Кбит/с; но путем некоторых технических ухищрений несколько цифровых каналов
можно объединять в один (мультиплексировать), то есть создавать более скоростные
каналы. Простейшим мультиплексированным цифровым каналом является канал со
скоростью передачи 128 Кбит/с. Более сложные каналы, мультиплексирующие,
например, 32 базовых канала, обеспечивают пропускную способность 2048 Мбит/с.
Базовые или мультиплексированные цифровые каналы используются повсеместно в
современных магистральных системах, а также для подсоединения к ним офисных
цифровых АТС. В последние годы за рубежом стал весьма популярным цифровой
абонентский доступ, при котором оцифровка (дискретизация) звукового сигнала
выполняется уже в абонентской телефонной системе, содержащей интерфейсный
цифровой адаптер.
Наиболее распространенной и активно развивающейся в настоящее время является цифровая сеть с интеграцией услуг — ISDN (Integrated Services Digital
Network), опирающаяся на цифровые абонентские каналы. Цифровые
коммуникации более надежны, чем аналоговые, обеспечивают большую целостность
каналов связи, позволяют эффективнее внедрять механизмы защиты данных,
основанные на их шифровании. Важным является и то, что для создания ISDN
можно использовать уже имеющуюся инфраструктуру телефонных сетей, правда, изза установки дополнительного оборудования и сложности его настройки возрастают
затраты на организацию системы связи. Затраты на подключение к ISDN
физических лиц составляют $600-800. Но, учитывая высокую пропускную
способность сетей ISDN, они достаточно быстро окупаются. Вместе с тем,
существуют
проблемы
совместимости
ISDN-оборудования
различных
производителей.
Из активно развивающихся цифровых систем следует отметить модификации
технологии цифровых абонентских линий (DSL, Digital Subscriber Line). Эта технология обеспечивает высокоскоростную передачу данных на коротком участке
витой пары, соединяющем абонента, на стороне которого установлен xDLS-модем, с
ближайшей автоматической телефонной станцией (АТС), то есть обеспечивает
решение проблемы «последней мили», отделяющей потребителя от поставщика
услуг.
В 1990 году компания Bellcore предложила технологию HDSL (High Bit Rate
DSL), являющуюся высокоскоростным воплощением абонентской линии ISDN.
HDLS использует четырехуровневую амплитудно-импульсную модуляцию, при
которой одним импульсом можно передавать два бита информации. Передача
ведется в дуплексном режиме по одной паре проводов со скоростью 768 или 1024
Кбит/с (в зависимости от сервиса Т1 или Е1) на расстояния до 3,6 км. При
использовании двух или трех пар проводов обеспечивается скорость передачи
данных от 1,544 до 2,048 Мбит/с.
34
Сейчас имеется несколько стандартизованных модификаций HDSL:

SDSL (Symmetric DSL) представляет собой разновидность HDSL, использующую только одну пару проводов;

RADSL (Rate Adaptive DSL) обеспечивает возможность выбора для использования одной из нескольких (обычно из 8) линейных скоростей; Q MSDSL
(Multirate SDSL) позволяет динамически изменять информационную скорость в
диапазоне от 64 до 1152 Кбит/с в зависимости от параметров линии;

ADSL (Asymmetric DSL) — наиболее популярная сейчас модификация, которая разрабатывалась специально для обеспечения доступа к информационным
ресурсам сети Интернет.
Асимметричность состоит в увеличении скорости передачи в одном направлении за счет снижения этой скорости в другом. При передаче информации из сети
абоненту эта скорость может достигать 8 Мбит/с; в обратном направлении — 1,5
Мбит/с. Эта технология удобна еще и тем, что дает возможность использования
канала связи для передачи данных и ведения телефонных разговоров —
дополнительно к модемам требуется оборудование разделения каналов данных и
голоса — сплиттеры (правда, в модемном стандарте для аналоговых линий V.92 такая
возможность тоже предусмотрена). Обычно ADSL-модемы, подключаемые к обоим
концам линии между абонентом и АТС, образуют на основе частотного разделения
три логических (виртуальных) канала: быстрый канал передачи данных от сети
абоненту (downstream), менее быстрый канал передачи от абонента в сеть (upstream) и
обычный канал телефонной связи для телефонных разговоров. Ввиду сугубо
асимметричного трафика полоса пропускания широкополосного канала (витая пара)
между этими каналами делится также асимметрично. В 1997 году была предложена
более дешевая и удобная в работе модификация ADSL — Universal ADSL (UADSL),
обеспечивающая, правда, существенно более низкие скорости передачи данных:
 при длине линии до 3,5 км скорость передачи от сети составляет 1,5
Мбит/с, а от абонента — 384 Кбит/с;
 при длине линии до 5,5 км (средняя длина абонентских линий городских
АТС) скорость передачи от сети составляет 640 Кбит/с, а от абонента —
196 Кбит/с. Но если одновременная передача голоса и данных по
технологии ADSL требует установки на стороне абонента сплитера
(фильтра), отделяющего речевой трафик от данных, то по технологии
UADSL этого не требуется. Кроме того, пониженные скорости передачи
позволяют снизить требования к качеству линии связи и к системе
обработки сигнала (приемнику).
Последняя, разрабатываемая сейчас технология, — VDSL (Very high-speed DSL) —
сверхбыстрая цифровая абонентская линия, обеспечивающая передачу данных по
витой паре:
 при длине линии до 300 м скорость передачи от сети составляет 52
Мбит/с, а от абонента — 2,3 Мбит/с;
 при длине линии до 1,5 км скорость передачи от сети составляет 13
Мбит/с, а от абонента — 1,6 Мбит/с.
Предполагается, что ранние версии VDSL будут использовать схему частотного
35
разделения потоков, применяющуюся и в технологии SDSL. Кроме того, предусматривается возможность одновременного подключения нескольких абонентских
устройств к линии VDSL.
В ответственных приложениях при существенно большем уровне затрат конкуренцию ISDN и ADSL в ближайшем будущем могут составить цифровые магистрали с
синхронно-цифровой иерархией SDH (Synchronous Digital Hierarchy). В системе SDH
есть целая иерархия скоростей передачи данных: от 155,52 Мбит/с (STM-1), 622,08
Мбит/с (STM-4) до 2488,32 Мбит/с (STM -16) и даже до 10 000 Мбит/с (STM-64),
обещанных в ближайшем будущем. Магистрали SDH используют оптоволоконные
линии связи, а там, где прокладка последних затруднена — радиолинии.
2.
Характеристики звуковой волны
Воздух в обычном состоянии
Зона разряжения
Зона уплотнения
Любой человек, который учился (или учится) в школе, без особых
размышлений ответит на этот вопрос так: «Звук — это волна». И будет
совершенно прав. А вот при попытке объяснить, что же из себя представляет эта
волна, большинство людей вспоминает хрестоматийный пример с веревкой или
волнами на поверхности воды и после этого надолго задумываются. Так что же
представляет из себя звук?
Направление движения предмета
Рис.2. Возникновение звуковой волны при колебаниях предмета
Любой предмет, совершающий возвратно-поступательные движения
(камертон, струна рояля или гитары, наши голосовые связки и т.д.), вызывает в
воздухе попеременное уменьшение или увеличение плотности. Движения одних
молекул воздуха передаются другим молекулам, в результате чего в пространстве
распространяются периодически повторяющиеся зоны увеличения и уменьшения
36
плотности. Они-то и являют собой звуковую волну (рис.2). Если мы в каком-то
месте поставим прибор, способный реагировать на изменение плотности воздуха,
запишем его показания в течение некоторого времени и составим график
зависимости плотности от времени, то получим кривую, близкую к синусоиде,
знакомую нам по школьным учебникам физики (рис.3). Именно такие колебания и
улавливаются нашим ухом, в результате чего мы получаем ощущение звука.
Направление распространения радиоволн
Точка измерения
Фаза
Амплитуда
волны
Время
Рис.3. Волнообразные изменения плотности воздуха и график,
иллюстрирующий этот процесс
Прежде чем начать разговор о преобразовании колебаний звуковых волн в
необходимо дать несколько определений касающихся природы и характеристик
звука.
Количество колебаний воздуха в секунду называется — частотой звука.
Волны с разной частотой воспринимаются нами как звук разной высоты: волны с
малой частотой воспринимаются как низкие, басовые звуки, а волны с большой
частотой — как высокие. Частота измеряется в Герцах (Гц): 1 Гц = 1 колебание в
37
секунду; или килогерцах (кГц): 1кГц = 1000 Гц. Большинство людей о 18 до 25 лет
реально способны слышать колебания воздуха с частотой от 2 до 20000 Герц (с
возрастом верхняя граница восприятия уменьшается). Именно этот диапазон волн
называется звуковым диапазоном.
Частота волны обратно пропорциональна длине волны - отрезку на оси
распространения волны, в котором умещается полный цикл изменения плотности
воздуха. Чем больше частота звука, тем меньше длина волны и наоборот. Длину
волны очень легко вычислить по формуле λ=C/f, где С — скорость звука (340 м/с),
a f — частота звуковых колебаний. Например, волна, имеющая частоту 100 Гц
имеет длину λ = 340/100=3.4 м.
Амплитудой звуковой волны — называется половина разницы между
самым высоким и самым низким значением плотности.
Поговорим более подробно о высоте звука. Наши уши устроены таким
образом, что когда мы слышим два звука, частоты которых относятся как 2:1, то
нам кажется, что эти звуки близки друг к другу и при одновременном
воспроизведении они для нас как бы сливаются. Именно на этом эффекте основана
музыкальная шкала высоты звуков, у которой одна и та же нота повторяется
каждую октаву. То есть в натуральном звукоряде частоты одинаковых нот
соседних октав соотносятся между собой как 2:1.
Звукорежиссерам часто приходится переводить значения частоты в ноты и
обратно. Нам тоже понадобятся такие навыки, например, при работе с разными
устройствами корректировки звука. Поэтому постарайтесь запомнить это
соотношение — с помощью нехитрой математической операции теперь вы
сможете вычислять частоту любой ноты, памятуя, что нота «Ля» первой октавы
имеет частоту 440 Гц.
Но помимо высоты звука, мы способны достаточно точно определять
положение звукового источника в пространстве. Это означает, что звуковые волны
должны обладать свойством, на которое реагирует наш слуховой аппарат.
Все объясняется достаточно просто: наши уши отнесены на некоторое
расстояние друг от друга. То есть, звук в каждое из них поступает не в одно и то
же время, а в разное. По задержке попадания одной и той же звуковой волны на
барабанные перепонки мы и определяем пространственное положение источника
звука (на самом деле есть еще несколько факторов, помогающих определять
направление на звуковой источник, но мы поговорим о них позднее).
Для описания относительных временных свойств двух звуковых волн (или
разных частей одной волны) вводится понятие фазы звуковой волн, — то есть
характеристики отражающей состояние колебательного процесса, в
конкретный момент времени (рис. 4).
На первом графике показаны две волны, которые полностью совпадают друг
с другом. В этом случае говорят, что волны находятся в фазе. На третьем графике
в том месте, где у одной волны находится область высокой плотности, у другой —
область низкой плотности. В этом случае говорят, что волны находятся в
противофазе. При этом, если волны одинаковые, происходит их взаимное
уничтожение (в природе это бывает крайне редко, чаще противофазные волны при
38
наложении сильно искажают звук). Средний график показывает некое
промежуточное положение. В этом случае говорят, что фаза одной волны
сдвинута относительно другой.
Из всего вышесказанного становится понятно, что наш слух при определении
пространственного положения источника звука реагирует именно на фазу волны.
А по изменению фаз мы можем судить и о перемещении источника звука.
Волны находятся в фазе
Волны в четверть фазы
Волны в противофазе
Рис.4. Фазы волны
Уровень и громкость звука
Теперь немного поговорим о таком важном параметре как уровень звука.
Любая звуковая волна, которая распространяется в пространстве, может оказывать
на встречающиеся препятствия (в том числе и на наши барабанные перепонки)
некое давление. Люди, которые бывали на рок-концертах и стояли около мощных
колонок, не понаслышке знают, что оно может быть очень сильным. Мы
субъективно воспринимаем изменение давления звуковых волн в виде ощущения
изменения громкости звука. Максимальное изменение давления в воздухе при
распространении звуковых волн по сравнению с давлением при отсутствии волн
называется звуковым давлением. Как и любое другое, звуковое давление
измеряется в Паскалях (Па).
Но в акустике, при оценке интенсивности звуковых волн чаще применяется
другое понятие — сила звука. Оно показывает поток звуковой энергии, который
каждую секунду проходит через квадратный сантиметр условной плоскости,
расположенной перпендикулярно направлению распространения волны. Звуковое
давление и сила звука находятся в квадратичной зависимости. То есть, сила звука
= звуковое давление в квадрате. Сила звука описывает энергетические свойства
самой волны и измеряется в ваттах/квадратный сантиметр (Вт/см²). Такая единица
бывает очень удобна при некоторых расчетах - это единственная причина ее
введения.
Для того чтобы мы смогли услышать тот или иной звук, его сила должна
быть больше определенного уровня. Этот уровень называется порогом
слышимости. То есть, если звуковая волна имеет малую интенсивность - ниже
этого порога, мы просто не воспринимаем ее, и нам кажется, что вокруг стоит
39
полная тишина, хотя на самом деле воздух вокруг колеблется.
Точно также дело обстоит и со звуками большой интенсивности — мы
слышим звук только до определенного уровня, который называется болевым
порогом. Если сила звука больше этого уровня, то мы испытываем боль в ушах.
Разница между уровнями болевого порога и порога слышимости называется
динамическим диапазоном слуха. Мы способны воспринимать изменения силы
звука в огромных пределах: сила звука болевого порога превосходит силу звука
порога слышимости в тысячу раз.
Наш слуховой аппарат устроен таким образом, что линейное изменение силы
звука (или звукового давления) не воспринимается нами как линейное изменение
громкости. Громкость звука и его сила связаны между собой более хитрой
зависимостью. Увеличение громкости в два раза соответствует увеличению силы
звука в 100 раз (звукового давления - в 10 раз), увеличение громкости в 3 раза
соответствует увеличению силы звука уже в 10000 раз (звукового давления — в
100 раз), а увеличение громкости в 4 раза соответствует изменению силы звука в
100 000 000 раз (звукового давления - в 10000 раз)
Такая зависимость называется логарифмической, и именно из-за такой
особенности нашего восприятия изменение уровня (громкости) звука принято
измерять в логарифмических единицах — белах (Б).
Различие величин силы звука в белах вычисляется по формуле:
N = lg I
b
(на всякий случай, напомним, что lg - это десятичный логарифм, и он показывает
степень, в которую возводится число 10; то есть, если 10² =100, то lg=2, иначе
lg100=2), где N— изменение уровня звука, а I и b — верхняя и нижняя границы
силы звука. Десятикратное увеличение силы звука соответствует 1 белу (lg 10=l), а
стократное увеличение соответствует двум белам (lg 100=2) и т. д. Словом,
логарифмическая шкала позволяет достаточно сильно «сжимать» линейную
шкалу, сохраняя при этом достоверность, и именно такая шкала полностью
соответствует особенностям нашего слуха.
Изменение уровня звука в один бел одинаково отражает и изменение силы
звука, и изменение звукового давления. Если вы подставите в вышеприведенную
формулу соответствующие значения звукового давления (памятуя, что сила звука
= звуковое давление в квадрате), то получите те же самые значения изменения
уровня в белах. Судите сами:
N= lgI/b=lg(Pi/Pа)²
где Pi и Ра — верхняя и нижняя границы звукового давления.
Проверяем. Изменение звукового давления в 100 раз соответствует
изменению силы звука в 10000 раз (1= Р²). Подставляя эти значения в
вышеприведенную формулу, мы получаем следующие вещи: Ig 10000 = 4 бела
(изменения силы звука); 2 1g 100 = 2x2 = 4 бела (изменения звукового давления).
Как видите, в обоих случаях, мы получили одинаковые изменения уровня звука в
40
белах.
Но на практике оказывается, что бел — это слишком большая величина для
изменения уровня. Поэтому чаще применяется децибел (дБ) — десятая часть бела.
То есть изменение уровня в децибелах будет вычисляться по формуле N=10 lgIi/b
или N=20 lgPi/Рз. Минимальный перепад уровня, который способно воспринять
наше ухо, как раз равен одному децибелу. Это одна из главных причин введения
такой системы измерения уровня. А весь динамический диапазон слуха составляет
120 дБ. Согласитесь, что гораздо удобней оперировать единицами, которые мы
можем услышать.
Изменение уровня звука обычно оценивается в децибелах относительно
порога слышимости. Когда говорят, что уровень звука в колонках равен ста
децибелам, подразумевают, что колонки работают на уровне, превышающем
порог слышимости на 100 дБ.
Децибел - это логарифмическая единица измерения уровня звука,
показывающая минимально слышимое изменение громкости. А динамический
диапазон нашего слуха (разница между самым тихим и самым громким
воспринимаемым звуками) составляет 120 дБ.
Заниматься корректировкой и обработкой звука надо при достаточно высокой
громкости в контрольных акустических системах (80-90 дБ - уровень, сравнимый с
шумом в вагоне метро). Иначе повышается вероятность ошибки, так как на низких
уровнях наш слух становится менее чувствительным к высоким и низким
частотам.
Тембр звука
Что отличает звук фортепиано от звука другого инструмента, хотя у каждого
есть способность извлекать высокие и низкие, громкие и тихие звуки? Все
объясняется довольно просто: реальные звуки представляют из себя созвучия,
состоящие из нескольких простых волн. От комбинаций этих волн и зависит тембр
инструмента.
У каждого созвучия есть основной тон - волна определенной частоты, которая
имеет наибольший уровень. Например, у ноты «Ля» первой октавы эта волна
имеет частоту 440 Гц. Но вместе с ней звучат и другие волны, частота которых в 2,
3, 4 раза и т.д. выше, чем у основного тона (вы уже знаете, что эти звуки
располагаются через октаву). В музыке они называются обертонами. В акустике
принята немного другая терминология. И основной тон, и обертона называются
гармониками и имеют порядковый номер в зависимости от высоты: основной тон
— первая гармоника, первый обертон — вторая гармоника и т.д.
Чуть позже мы познакомимся с устройствами (и программами)
корректировки звука, которые называются эквалайзерами. Они работают по
принцип понижения или повышения уровня тех или иных частотных полос, то
есть с их помощью можно менять уровень тех или иных гармоник и,
соответственно изменять тембр.
Стоячие волны и резонанс
Звуковая волна, которая встречает на своем пути перпендикулярную твердо
41
поверхность (например, стену), отражается от нее и возвращается по тому ж
самому пути. Две волны движущиеся в противоположные стороны способны
производить так называемые стоячие волны, которые окрашивают звук новыми
гармониками (то есть изменяют тембр звука). Например, в замкнуто
прямоугольном помещении стоячие звуковые волны находятся точно посередине
комнаты. И если вы встанете в это место, то услышите, как изменился звук (чаще
всего в худшую сторону).
Если длина волны источника звука становится кратна длине помещения, то
фаза отраженной волны совпадает с фазой прямой волны, в результате чего
происходит их взаимное усиление. А так как в прямоугольном помещении звук
отражается от стен несколько раз, то происходит многократное усиление
громкости звука. То есть, возникает воздушный резонанс — частный случай
стоячей волны.
Любое помещение имеет некую критическую частоту звука, при которой
возникает резонанс. Причем у помещений с разными геометрическими размерами
будут разные критические частоты. Эту частоту называют частотой резонанса.
Резонанс чаще всего возникает именно на низких частотах, так как длина волны
низких звуков сравнима с длиной и шириной помещения. Кстати, бас-гитаристы,
репетирующие дома, отлично знакомы с таким эффектом: некоторые взятые на
инструменте ноты неожиданно усиливаются при этом начинают угрожающе
звенеть стекла в окнах и шкафах.
Резонанс в большинстве случаев явление крайне неприятное. Поэтому в
музыкально используемых помещениях с ним борются всеми возможными
способами. Например, ликвидируют параллельные поверхности — студийно
комнаты очень часто проектируются таким образом, что все углы имеют величину
больше 90 градусов. Однако резонанс не всегда бывает вреден. В духовых
инструментах и органах это явление используют для усиления звука получения
характерного тембра.
3.
Эталонная модель взаимодействия открытых систем
В начале 1980-х гг. ряд международных организаций по стандартизации ISO, ITU-T и некоторые другие — разработали модель, которая сыграла
значительную роль в развитии сетей. Эта модель называется моделью
взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI), или моделью
OSI. Модель OSI определяет различные уровни взаимодействия систем в сетях с коммутацией пакетов, дает им стандартные имена и указывает, какие функции
должен выполнять каждый уровень. Модель представляет собой универсальный
стандарт на взаимодействие двух систем (компьютеров) через вычислительную
сеть.
Главная идея данной модели состоит в том, что вся сложная процедура
сетевого взаимодействия может быть разбита на некоторое количество
стандартных шагов, последовательно выполняющихся программным и
аппаратным обеспечением компьютера для передачи пользовательских данных в
42
сеть или при приеме данных из сети. Для описания действий, выполняемых на
каждом таком шаге, вводится понятие уровня.
Модель OSI описывает функции семи иерархических уровней и интерфейсы
взаимодействия между ними. Каждый уровень определяется сервисом, который он
предоставляет вышестоящему уровню, и протоколом — набором правил и
форматов данных для взаимодействия объектов одного уровня, работающих на
разных компьютерах.
В вычислительных сетях и системах передачи данных реализуются процессы
по преобразованию и обработки информации, имеющие различную природу. Для
обеспечения качественной работы необходимо их согласование. Процедура
взаимодействия процессов на основе обмена сообщениями называется
протоколом. Это последовательность действий однозначно выполняемая при
преобразовании информации и приводящая её к требуемому виду. При описании
протоколов выделяют логическую и процедурную характеристики. Логическая структура, форма и содержание. Процедурная – правила выполнения действий,
предписанных протоколом.
Таким образом, логика организации вычислительной сети определяется
протоколами, устанавливающими тип и структуру сообщений и процедуры их
обработки (т.е. реакция на входное и генерация выходного сообщения).
Вычислительные сети в упрощённом виде представляют собой совокупность
узлов (точек) и передающей среды (любой физической природы). Процессы
взаимодействуют через передающую среду, путём передачи сообщений.
Многоуровневость управления процессами заключается в использовании
программных аппаратных модулей, обеспечивающих определённые функции
обработки и передачи данных.
Системы компьютерной связи рекомендуется рассматривать на семи разных
уровнях. В целях сравнения с действиями почтовой связи (таблица 1)
представлена аналогия функционирования уровней модели открытых систем
(ISO/OSI).
Из таблицы видно, что каждый новый уровень все больше и больше
увеличивает функциональность системы связи. Местная почтовая служба работает
не только с письмами, но и с бандеролями и посылками. Почтово-багажная служба
занимается еще и доставкой грузов. Вагоны перевозят не только почту, но и
людей. По рельсам ходят не только почтово-пассажирские поезда, но и грузовые
составы и т. д. То есть чем выше уровень в модели связи, тем больше различных
функциональных служб его используют.
Возвращаясь к системам компьютерной связи, рассмотрим, как в модели
ISO/OSI происходит обмен данными между пользователями, находящимися на
разных континентах.
1. На прикладном уровне (application layer) с помощью специальных
приложений пользователь создает документ (сообщение, рисунок и т. п.).
2. На уровне представления (presentation layer) операционная система его
компьютера фиксирует, где находятся созданные данные (в оперативной памяти, в
файле на жестком диске и т. п.), и обеспечивает взаимодействие со следующим
43
уровнем.
3. На сеансовом уровне (session layer) компьютер пользователя
взаимодействует с локальной или глобальной сетью. Протоколы этого уровня
проверяют права пользователя на «выход в эфир» и передают документ к
протоколам транспортного уровня.
4. На транспортном уровне (transport layer) документ преобразуется в ту
форму, в которой положено передавать данные в используемой сети. Например, он
может нарезаться на небольшие пакеты стандартного размера.
Таблица 1.
Уровни модели связи
Уровень
Аналогия
Прикладной
Письмо написано на бумаге. Определено его
уровень
содержание
Уровень
Письмо запечатано в конверт. Конверт заполнен.
представления
Наклеена марка. Клиентом соблюдены необходимые
(Представительский) требования протокола доставки.
Сеансовый
уровень
Письмо опущено в почтовый ящик. Выбрана
служба доставки (письмо можно было бы запечатать в
бутылку и бросить в реку, но избрана другая служба).
Транспортный
уровень
Письмо доставлено на почтамт. Оно отделено от
писем, с доставкой которых местная почтовая служба
справилась бы самостоятельно.
Сетевой уровень
После сортировки письмо уложено в мешок.
Появилась новая единица доставки — мешок.
Уровень
соединения
Физический
уровень
Мешки писем уложены в вагон. Появилась новая
единица доставки — вагон.
Вагон прицеплен к локомотиву. Появилась новая
единица доставки — состав. За доставку взялось
другое ведомство, действующее по другим
протоколам.
5. Сетевой уровень (network layer) определяет маршрут движения данных в
сети. Так, например, если на транспортном уровне данные были «нарезаны» на
пакеты, то на сетевом уровне каждый пакет должен получить адрес, по которому
он должен быть доставлен независимо от прочих пакетов.
6. Уровень соединения канальный уровень (data link layer) необходим для
того, чтобы промодулировать сигналы, циркулирующие на физическом уровне, в
соответствии с данными, полученными с сетевого уровня. Например в компьютере
44
эти функции выполняет сетевая карта или модем.
7. Реальная передача данных происходит на физическом уровне (physical
layer). Здесь нет ни документов, ни пакетов, ни даже байтов — только биты, то
есть, элементарные единицы представления данных. Восстановление документа из
них произойдет постепенно, при переходе с нижнего на верхний уровень на
компьютере клиента.
Средства физического уровня лежат за пределами компьютера. В локальных
сетях это оборудование самой сети. При удаленной связи с использованием
телефонных модемов это линии телефонной связи, коммутационное оборудование
телефонных станций и т. п.
На компьютере получателя информации происходит обратный процесс
преобразования данных от битовых сигналов до документа (рис.5).
Особенности виртуальных соединений. Разные уровни протоколов сервера и
клиента не взаимодействуют друг с другом напрямую, но они взаимодействуют
через физический уровень. Постепенно переходя с верхнего уровня на нижний,
данные непрерывно преобразуются, «обрастают» дополнительными данными,
которые анализируются протоколами соответствующих уровней на сопредельной
стороне. Это и создает эффект виртуального взаимодействия уровней между
собой. Однако, несмотря на виртуальность, это все-таки соединения, через
которые тоже проходят данные.
Процесс А (передача)
Процесс В ← (приём) → Процесс С
7
7
7
6
6
6
5
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
Передающая среда
Рис. 5. Приём/ передача информации в открытой системе
по уровням взаимодействия
Это очень важный момент с точки зрения компьютерной безопасности.
45
Одновременно с теми запросами на поставку данных, которые клиент направляет
серверу, передается масса служебной информации, которая может быть как
желательной, так и нежелательной. Например, обязательно передаются данные о
текущем адресе клиента, о дате и времени запроса, о версии его операционной
системы, о его правах доступа к запрашиваемым данным и прочее. Передается и
немало косвенной информации, например о том, по какому адресу он посылал
предыдущий
запрос.
Известны
случаи,
когда
даже
передавались
идентификационные коды процессоров компьютеров.
На использовании виртуальных соединений основаны такие позитивные
свойства электронных систем связи, как возможность работать по одному
физическому каналу сразу с несколькими серверами. Но на них же основаны и
такие негативные средства, как «троянские программы». Троянская программа разновидность «компьютерного вируса», создающая во время сеансов связи
виртуальные соединения для передачи данных о компьютере, на котором
установлена. Среди этих данных может быть парольная информация, информация
о содержании жесткого диска и т. п. В отличие от обычных компьютерных
вирусов троянские программы не производят разрушительных действий на
компьютере и потому лучше маскируются.
Взаимодействие между уровнями управления производится на основе
соглашения называемого интерфейсом. Он определяет структуру данных и
способ обмена данными между соседними уровнями. Название интерфейсов
соответствует названию уровня (рис. 9.7).
Отличие протоколов от интерфейсов:
- параллелизм взаимодействующих процессов;
- взаимная неопределённость состояния процессов;
- отсутствие однозначной зависимости между событиями и действиями;
- отсутствие полной гарантии доставки сообщения.
Структура сообщения на различных уровнях:
7. Прикладные.
6. Представительские.
1.
Сеансовые.
4. Блоки.
3. Пакеты.
2. Кадры.
1. Биты.
Гибкость и простота управления ВС достигается за счёт того, что обмен
сообщениями допускается только между процессами одного уровня. Этим
обеспечивается логическая независимость уровней.
46
Лекция 2/2 Системы оперативной связи, классификация, характеристики
и перспективы развития
Сегодня любая солидная организация должна иметь в своем распоряжении несколько компьютеров, объединенных в локальную корпоративную сеть, несколько
факсимильных аппаратов и много телефонов, работающих под управлением офисной
АТС, модемную связь для передачи данных, электронную почту, выход в сеть
Интернет и т. д. И для всех фирм остро стоит проблема организации оперативной,
высокоскоростной, многофункциональной и качественной связи со своими
партнерами, сотрудниками, потребителями товаров и услуг. Знания принципов
работы данных устройств и их возможностей позволяет обеспечить качественное
выполнение задач, стоящих пред службой. Этим и объясняется актуальность темы.
Учебные вопросы:
1.
Системы оперативной связи, классификация, характеристики и
перспективы развития.
За последнее десятилетие оперативные телекоммуникации превратились из
инженерно-технологического объекта в серьезную народнохозяйственную
отрасль промышленности. Без средств оперативной связи сегодня немыслимо
эффективное управление предприятием, организацией, корпорацией и любым
другим организационно экономическим объектом.
Системы оперативной связи (СОпСв) весьма разнообразны; их можно
классифицировать по целому ряду признаков, таких как назначение, способ
соединения, способ передачи, вид канала связи и т. д.
По виду используемого канала связи СОпСв могут быть разделены на:
1.аналоговые;
2. цифровые.
По степени документированности передаваемой информации СОпСв
подразделяются на системы передачи (СП):
 документированной информации (с регистрацией информации);
 с документированием (регистрацией) информации при приеме;
 недокументированной информации (без регистрации информации).
В СП документированной информации передача ведется с «документа на
документ». У передающего абонента информация может либо автоматически
считываться из файла или заранее сформированного бумажного документа, либо
вводиться вручную, но при параллельной регистрации ее в электронном или на
бумажном документе. У принимающего абонента предусмотрена обязательная
регистрация поступающей информации на твердом носителе или в электронном
документе (в файле).
В СП недокументированной информации не предусматривается обязательная
регистрация информации на документ ни у передающего, ни у принимающего
абонентов, хотя при желании такая регистрация может быть выполнена с
привлечением дополнительных технических или программных средств. Чаще
всего СП этого типа передают голосовую, то есть устную звуковую информацию.
В СП с документированием информации только при приеме обязательна
47
регистрация информации, на передающем конце она отсутствует. Информация
передается с устройств ручного ввода, полуавтоматических устройств ввода
информации, от автоматических датчиков, счетчиков, установленных на
технологических агрегатах и т. п. Регистрация сообщения на электронный или
бумажный документ обязательна лишь у принимающего абонента.
Такая классификация относительна, поскольку даже обычные телефоны с
автоответчиком позволяют регистрировать информацию в звуковых файлах, а
сотовые телефоны и пейджеры — сохранять сообщения в текстовых файлах.
Поэтому отнесение системы оперативной связи (СОпСв) к той или иной группе
документированности можно выполнить только по преимущественному
исполнению.
Рис. 1. Классификация систем оперативной связи
3.
Классификация видов телефонной связи. Основные определения
и характеристики. Возможности обычной связи.
Телефонная связь представляет собой самый распространенный вид
оперативной связи. Абонентами сети телефонной связи являются как физические
лица, так и предприятия. Телефонная связь играет важную роль в фирмах, офисах
и т. п. Так, для большинства фирм телефон является своеобразной визитной
карточкой, поскольку первые контакты со смежниками и заказчиками чаще всего
осуществляются по телефонной линии связи. Удобство соединения и сервисные
возможности телефонного аппарата, а они во многом определяются офисной
автоматической телефонной станцией (АТС), формируют первое впечатление о
48
солидности фирмы, а это немаловажно.
Однако далеко не все знают о возможностях телефонных систем, тех
сервисных услуг, которые предоставляет или может предоставлять своим
абонентам система телефонной связи. Подробно рассмотреть все эти услуги, а их
в настоящее время более 600 наименований, не представляется возможным, но
кратко познакомиться с некоторыми из них следует. Телефонную связь можно
разделить на:
 телефонную связь общего пользования (городскую, междугородную и
т. д.);
 внутриучрежденческую телефонную связь.
Особыми видами телефонной связи являются: радиотелефонная связь,
видеотелефонная связь.
Система телефонной связи состоит из телефонной сети и абонентских
терминалов. В общем случае телефонная сеть — это совокупность узлов
коммутации, роль которых выполняют автоматические телефонные станции
(АТС), соединяющих их каналов связи и абонентских каналов, связывающих
терминалы абонентов с АТС. Абонентские каналы часто называют каналами
«последней мили» или просто «последней милей».
Абонентские терминалы (а ими могут быть абонентские телефонные
аппараты, офисные АТС или компьютеры) обычно подключаются к сети по паре
медных проводов — абонентской линии. Абонентская линия имеет в сети свой
уникальный номер (номер абонента); ее длина, как правило, не должна превышать
7-8 км, и передача информации по ней ведется чаще всего в аналоговой форме.
АТС соединяются друг с другом по так называемым соединительным линиям
— сейчас практически во всех сетях общего пользования применяются
четырехпроходные цифровые линии (по одной паре проводов для передачи
сигналов в каждом направлении — от одной АТС к другой и обратно).
Телефонная сеть имеет иерархическую структуру. На нижнем уровне
расположены оконечные АТС, к которым и подключаются абонентские
терминалы; такая АТС имеет номер, обычно совпадающий с начальными
цифрами номера абонента (например, в Санкт-Петербурге абонент, которому
выделен номер 267 0202 подключен к АТС 267; внутри АТС этот абонент имеет
номер 0202). Если АТС коммутирует более 10 000 абонентов (например, станция
5ESS обслуживает до 350 000 абонентов), то она делится на несколько логических
подстанций, со своими отдельными номерами.
Совокупность АТС, обслуживающих некоторый географический регион,
образует зону, которой присваивается уникальный номер внутри страны
(например, Санкт-Петербург — зона 812, Москва — зона 095 и т. п.). Связь между
зонами осуществляется с помощью АТС более высокого уровня иерархии —
междугородных. Междугородные АТС имеют два номера: номер для своих
внутренних АТС — 8, он единый для всех АТС России; номер для внешних
междугородных < АТС — ее уникальный номер (812, 095 и т. п.).
По такому же принципу междугородные АТС подключаются к АТС верхнего
уровня — международным. В России для выхода на международную АТС следует
49
набрать ее единый для страны номер — 10, а для входа в международную АТС
другого государства — его код.
Таким образом, полный, всемирно уникальный абонентский номер состоит
из кода страны, кода зоны внутри страны, номера АТС внутри зоны и номера
абонентского терминала внутри АТС. Если абонентский терминал представляет
со¬бой офисную АТС, то для идентификации абонента может потребоваться
добавочный номер абонента внутри офисной АТС.
Современная АТС — это программно управляемая коммутационная система,
работающая с цифровыми сигналами. Это означает, что при вводе в АТС
аналоговый сигнал, поступающий с абонентской линии, переводится в цифровую
форму и в этой форме распространяется далее по телефонной сети, преобразуясь
снова в аналоговую форму при попадании в абонентскую линию другого
абонента. При обращении внутреннего абонента к АТС ему выделяется
определенный внешний канал: количество внешних каналов у АТС много меньше
количества подключенных к ней абонентов. Отношение числа абонентов АТС к
числу ее внешних каналов называется коэффициентом концентрации.
Нормальными значениями этого коэффициента считаются величины порядка 8:110:1 (коэффициент 8:1 означает, что если сразу все абоненты запросят у АТС
соединение, то она сможет удовлетворить запросы только 12,5% из них; но
вероятность одновременного обращения к АТС 1250 абонентов из 10 000 при
статистически средней интенсивности загрузки одного абонентского канала
невелика, поэтому приведенные выше коэффициенты концентрации вполне
приемлемы).
Остановимся несколько подробнее на разновидностях и сервисных
возможностях телефонных аппаратов и офисных АТС.
§ 1. Телефонные аппараты (ТА) весьма разнообразны как по своему
конструктивному исполнению (настенные, настольные, в стиле ретро,
портативные в виде телефонных трубок, с поворотными и кнопочными
номеронабирателями и т. д.), так и по сервисным возможностям, ими
предоставляемым.
В современных телефонных системах существуют два способа кодирования
набираемого номера:
 Pulse — импульсный, применяющийся в аппаратах с вращающимся
наборным диском;
 Тоnе — тональный, в основном используемый кнопочными
номеронабирателями (имеющими, впрочем, и импульсный набор).
В первом случае при наборе цифры в линию связи подаются импульсы,
количество которых соответствует набранной цифре; при тональном способе
посылается непрерывный сигнал, состоящий из комбинации двух частот,
значения которых и кодируют передаваемый номер.
Практически все действующие телефонные сети допускают импульсный
набор номера. Тональные же системы набора, хотя они и становятся стандартом,
могут использоваться лишь на сравнительно новых АТС. На большинстве новых
телефонных аппаратов предусмотрен переключатель способа кодирования
50
Pulse/Tone. Среди существенных сервисных возможностей телефонных аппаратов
следует отметить:
 многоканальность, то есть подключение телефонного аппарата к
различным телефонным линиям;
 переключение вызывающего абонента на другую линию;
 наличие кнопки временного отключения микрофона от сети;
 переговоры сразу с несколькими абонентами;
 наличие долговременной памяти номеров приоритетных абонентов;
 наличие оперативной памяти для повторного вызова последнего
абонента, в том числе и для многократного вызова (автодозвона)
занятого абонента;
 постановку собеседника на удержание с включением фоновой музыки;
 автоматическое определение номера (АОН) вызывающего абонента с
отображением его на дисплее и звуковым его воспроизведением;
 защиту от АОН вызываемого абонента (анти-АОН);
 запоминание номеров вызывающих абонентов и текущего времени
каждого вызова;
 индикацию во время разговора второго вызова и номера вызывающего
абонента;
 наличие календаря, часов и таймера продолжительности разговора;
 использование персональных кодов-паролей;
 наличие автоответчика и встроенного диктофона для записи
передаваемых сообщений;
 наличие электронного телефонного справочника и автонаборщика
найденного телефона;
 дистанционное управление телефоном;
 возможность подключения телефона к компьютеру.
§ 2. Автоматические определители номера
Очень часто продаются несертифицированные телефоны с АОН и АОН,
изготовленные кустарным образом. Такая аппаратура обычно не обеспечивает
надлежащее качество работы и даже создает известные трудности в работе
городских АТС. Поэтому следует приобретать только аппараты, имеющие
сертификат, подтверждающий возможность их работы в отечественных
телефонных сетях.
АОН реализует следующие функции:
 отображение имени и номера телефона вызывающего абонента;
 отображение полной информации об абоненте на дисплее после
поступления первого звонка;
 сохранение в памяти информации о поступивших звонках для
последующего просмотра с фиксацией времени поступления звонка;
 подсветка дисплея в темное время суток или в плохо освещенной
комнате;
 мигающая световая сигнализация о поступлении новых звонков в
51
период занятости телефона;
 просмотр информации о звонках с помощью кнопки Review;
 удаление из памяти ненужных звонков с помощью кнопки Delete.
Следует учитывать, что АОН и автоответчик могут ввести ваших партнеров в
непредвиденные дополнительные расходы и, возможно, даже «отвадить» их от
вас: они крайне неудобны для звонков с сотовых телефонов и при междугородной
и международной связи. Любой звонок на телефон, оборудованный АОНом,
должен быть оплачен, даже если разговор из-за отсутствия абонента не состоялся
(определение номера происходит после соединения с вызываемым абонентом, то
есть фактически даже при отсутствии абонента происходит «снятие трубки» и
фиксация состоявшегося разговора). Такие же неприятности возникают и при
наличии автоответчика на вызываемом аппарате, но в последнем случае все же
возможен обмен некоторой полезной информацией.
§ 3 . Многофункциональные телефонные аппараты.
Известный интерес представляет телефонный аппарат — коммутатор
секретаря (возможное название — директорский коммутатор). Секретарь
принимает по этому телефону все звонки внешних абонентов и обрабатывает их в
соответствии с указаниями руководителя. Наиболее важные специфичные
функции этого коммутатора: многоканальность, возможность переадресации на
другой номер, организация телефонных конференций, постановка абонента на
удержание; наличие электронного телефонного справочника.
Наиболее полно все сервисные возможности реализуются в цифровых
телефонных аппаратах, взаимодействующих с цифровыми телефонными
станциями.
Рассмотрим в качестве другого примера один из цифровых
многофункциональных ТА фирмы Samsung — цифровую систему связи DCS
(Digital
Communication
System),
обладающую
весьма
интересными
способностями. К системному аппарату могут быть подсоединены:
факсимильный аппарат, модем для передачи данных, другие внутрисистемные
телефонные и пейджинговые аппараты со своими добавочными номерами.
Система выпускается в двух модификациях:
 DCS Compact для малого офиса;
 DCS System для средних и больших офисов.
Обе модели строятся по модульному принципу и могут модифицироваться и
наращиваться в широком диапазоне конфигураций.
Перечислим некоторые сервисные возможности системы.
 Программируемые клавиши. На кнопочной панели телефонного аппарата
есть 12 или 24 клавиши прямого набора с трехцветными светодиодными
индикаторами, нажатие каждой из которых может быть запрограммировано
на выполнение одной из 25 различных функций, как-то: быстрый набор
номера, групповой набор, прослушивание оставленных сообщений и т. д.
Светодиодные индикаторы показывают, например, зеленым цветом
клавиши с номерами абонентов, которым вы уже позвонили, желтым — по
52







которым вы звонили, но безуспешно, красным — по которым еще не
звонили.
Интеллектуальный дисплей. Имеющийся на телефонном аппарате
двустрочный жидкокристаллический дисплей предоставляет много
полезной информации о входящих и исходящих звонках (в том числе о
входящих звонках во время вашего разговора с другим абонентом и
исходящих звонках, назначенных на определенное время), и об оставленных
голосовых сообщениях.
Определитель номера. Встроенный определитель входящего номера
покажет на дисплее номер и фамилию абонента, с телефона которого вам
звонят, а также оповестит вас специальным гудком и отображением на
дисплее фамилии и номера звонящего абонента во время вашего разговора с
другим собеседником. При этом используется встроенная электронная
телефонная книга на 250-500 фамилий. Номер звонящего можно записать в
память системы одним нажатием кнопки, а после того как освободится
линия, по окончании разговора перезвонить по запомненному номеру при
помощи одного нажатия кнопки.
Голосовой набор. Для соединения с абонентом достаточно снять трубку
телефонного аппарата, нажать специальную кнопку и произнести фамилию
того, с кем вы хотите переговорить. Встроенное устройство распознавания
речи закодирует названную фамилию, определит нужный номер телефона,
если эта фамилия занесена во встроенную телефонную книгу, и передаст
этот номер в систему для выполнения соединения с нужным абонентом.
Быстрый набор. Быстрый набор возможен либо нажатием одной
запрограммированной на номер абонента клавиши, либо с использованием
телефонной книги путем просмотра ее содержимого на дисплее и выбора
нужного номера по фамилии абонента (также при помощи нажатия одной
клавиши).
Голосовой почтовый ящик. DCS имеет автоответчик (голосовой почтовый
ящик), позволяющий внешним абонентам оставлять довольно длинные
сообщения сотрудникам офиса, отсутствовавшим на своем месте во время
звонка. Информация об оставленном сообщении передается на
соответствующий аппарат; сообщение можно прослушать нажатием пары
кнопок.
Конференц-связъ. В системе имеется возможность организовывать
конференц-связь одновременно с пятью внешними абонентами или
внутренними
добавочными
в
любой
комбинации.
Участники
аудиоконференции могут присоединяться к разговору и выключаться из
него в любое время без нарушения общего группового соединения.
Автосекретарь. Электронный автосекретарь способен отвечать на любое
количество входящих звонков, пока вы говорите по телефону. При этом он
умеет обращаться к разным абонентам, распознанным АОН, с разными
приветствиями и подсказать им номер телефона для связи с нужным
абонентом, минуя базовую систему. Если за определенное время входящий
53
абонент не последует совету и останется на связи, автосекретарь сам
переключит абонента на заранее введенный в его память номер.
 Домофон. Система может быть интегрирована с домофоном и механизмом
открывания замка входной двери с целью открывания замка прямо с
клавиатуры телефонного аппарата после выяснения по телефону личности
гостя.
 Сбор статистики. Система в состоянии формировать полный
статистический отчет за определенный период времени о переговорах
каждого из сотрудников офиса: общее количество звонков; число звонков,
когда линия была занята; средняя продолжительность звонка; среднее число
гудков перед снятием трубки; средняя и максимальная продолжительности
ожидания; общая стоимость разговоров.
 Система DCS может выполнять функции: будильника, регистрации
меняющихся внутренних абонентов (при использовании ее, например, в
отеле), расчета и учета стоимости междугородных и международных
переговоров внутренних абонентов, может блокировать переговоры между
заданными внутренними номерами и т. д. По сути, эта система выполняет
большинство функций, характерных для офисных АТС.
§ 4. Телефоны с радиотрубкой
Телефоны с радиотрубкой, или просто радиотелефоны, — это телефонные
аппараты, имеющие обычную проводную связь с телефонной АТС, в которых
шнур к телефонной трубке заменен на радиолинию. Для реализации такой
возможности и в телефонном аппарате, и в телефонной трубке имеются
маломощные приемо-передающие радиоустройства.
Используются подобные телефоны в офисах, производственных помещениях,
в квартирах, на дачных участках. Дальность их действия составляет от 100 м до
нескольких километров, в зависимости от модели радиотелефона и условий их
эксплуатации. Внутри помещений, особенно при наличии металлических
перегородок (в гаражах, например), и вне помещений при наличии объемных
радио-экранирующих конструкций, железобетонных зданий и сооружений
дальность действия телефонов может существенно снижаться.
Большинство радиотелефонов допускают возможность приема звонков и при
отсутствующей радиотрубке (через громкоговорители, например) и разговоры
между абонентом с радиотрубкой и человеком, находящимся у телефонного
аппарата. Радиотелефоны выпускаются многими фирмами, на отечественном
рынке более других представлены модели Panasonic: KX-T9080, КХ-Т9280, КХТ7980, обеспечивающие дальность связи до 2 км; КХ-Т9350 с возможностью
подключения до четырех радиотрубок; модели фирмы Samsung: — SP-R915, SPR918, SP-R919; модели фирмы Sanyo: CLT-55, CLT-75 с дальностью связи до 5 км
(«дальнобойные»), а также модели фирм Sharp, Siemens и т. д.
Например, радиотелефон Panasonic KX-T9550 работает в диапазоне частот
900 МГц, имеет автоответчик и обеспечивает:
 двухстороннюю внутреннюю голосовую связь между базовым блоком и
54
радиотрубкой;
 автоматическую смену кода доступа в трубке при каждом ее подключении к
базовому блоку;
 сигнализацию при выходе из зоны уверенной связи с базовым блоком;
 набор номера в импульсном и тональном режимах;
 память на 10 выделенных номеров и память последнего набранного номера
для вызова абонентов нажатием одной кнопки (без набора номера);
 дистанционное управление автоответчиком с радиотрубки или с телефонов с
тональным набором номера.
Автоответчик этого радиотелефона позволяет записать до 64 сообщений,
общее время записи — 15 минут.
Многие радиотелефоны (например, Panasonic KX-TC1019RUB) имеют
дисплей на несколько строчек текста для отображения электронного телефонного
справочника (несколько десятков номеров) и набираемых номеров телефонов.
§ 5. Телефонные радиоудлинители.
Радиоудлинители используются в фирмах для связи с удаленными
мобильными сотрудниками; у них много общего с радиотрубками, но
радиоудлинители имеют большую мощность (от 100 мВт до 10 Вт) и
обеспечивают большую дальность связи (от 200 м до 30 км, а некоторые даже и
больше). Система радиоудлинителя — одноканальная радиосистема, состоящая из
базового блока и телефонной трубки с номеронабирателем и телескопической
антенной. Базовый блок может представлять собой телефонный аппарат или
мини-АТС, подключенные в АТС общего пользования. И базовый блок, и
телефонная трубка включают в свой состав приемо-передающие радиостанции,
работающие, как правило, в дуплексном режиме (разговор ведется без
непосредственного нажатия кнопок «говорю-слушаю»). Абонент с радиотрубкой
может, соединяясь с базовым блоком по радиоканалу, пользоваться телефоном,
находясь на большом расстоянии от него.
Следует иметь в виду, что при организации радиоудлинителей, так же как и
при организации других видов радиотелефонных систем, необходимо получить
разрешение
на
использование
радиочастот
в
местном
отделении
Государственного комитета по радиочастотам и зарегистрировать его в органах
Госсвязьнадзора. В полученном сертификате должны быть оговорены мощность и
диапазон рабочих частот радиооборудования.
§ 6. Офисные АТС.
Обеспечение каждого работника фирмы городским телефоном — дело
крайне неразумное и дорогостоящее. Сотрудникам, сидящим в одном здании,
вряд ли целесообразно, особенно при грядущей повременной оплате телефонных
разговоров, вести долгие деловые разговоры друг с другом по городскому
телефону. Гораздо более разумным способом всеобщей телефонизации фирмы
является оборудование ее внутриучрежденческой АТС (микро-, мини-, офисной
АТС).
55
Внутриучрежденческие телефонные системы используют собственные
телефонные станции или коммутаторы и подразделяются на:
 учрежденческие АТС, которые обеспечивают внутреннюю связь всех
подразделений фирмы без обращения к внешней городской телефонной сети;
 диспетчерскую телефонную связь, которая является важнейшим видом
оперативной производственной связи между подразделениями предприятия,
непосредственно связанными с ходом производственного процесса;
 технологическую
телефонную
связь,
объединяющую
персонал,
управляющий
 локальным технологическим процессом производства;
 директорскую телефонную связь, которая обеспечивает служебную связь
руководителей со своими подчиненными.
Внутриучрежденческие АТС, или иначе — офисные АТС, используются в
фирмах для организации некоторого количества дополнительных внутренних
телефонов: все внешние вызовы принимаются АТС и переводятся на внутренние
телефоны либо непосредственно, либо с добавочными номерами. Выход абонента
на внешнюю линию обеспечивается, как правило, путем прямого набора. То есть
к офисной АТС подключаются абонентские линии (линия) городской АТС и
телефоны внутренних абонентов, причем соотношение их количества может
колебаться от 1:2 до 1:10 в зависимости от интенсивности городских разговоров
сотрудников, финансовых возможностей организации и количества городских
абонентских линий (чем больше последних, тем меньше может быть это
соотношение).
Офисные АТС весьма разнообразны: на рынке средств связи сейчас
предлагается весьма широкий их спектр — от простейших, которые
устанавливаются в квартире или коттедже (микроАТС), до крупных станций,
предназначенных для гостиниц и бизнес-центров (мини- и мидиАТС).
Основными достоинствами современных офисных АТС являются их
автоматическая работа и практически бесплатное пользование внутренней
телефонной связью.
Кроме своих основных функций — коммутации абонентов и обеспечения
ранее названных сервисных возможностей телефонных аппаратов, — они
обладают и собственными сервисными функциями. Это:
 возможность организации телефонных конференций (одновременное
подключение многих абонентов друг к другу); а постановка абонента на
ожидание при занятом канале;
 выдача информации об абоненте, занимающем линию;
 автоматическое периодическое напоминание об ожидающем абоненте;
 автоматическая переадресация на другой номер и «ночной режим» —
переадресация всех вызовов на дежурный телефон;
 составление списка вызовов абонентов с номерами их телефонов и текущим
временем;
 режим «не беспокоить»;
 организация голосового почтового ящика для сбора и хранения всех
56
сообщений, поступающих абонентам;
 возможность запрета выхода на внешнюю линию для ряда телефонов;
 возможность дистанционного прослушивания помещений;
 возможность программирования АТС с телефонного аппарата внутреннего
абонента;
 заказ времени для звонка-будильника;
 включение громкоговорящей связи с целью оперативного оповещения;
 подключение автоответчика, факса или телетайпа;
 управление телефонными вызовами через компьютер.
Очень важным обстоятельством является возможность подключения к
офисной АТС дополнительных устройств, в частности, компьютера, домофона,
охранной сигнализации.
На рис. 3 показан возможный комплекс аппаратуры, обслуживаемой офисной АТС.
Рис. 3 Комплекс аппаратуры, обслуживаемой офисной АТС
При подключении компьютера можно организовать учет и регистрацию всех
телефонных переговоров, автоматически учитывать время и тариф на каждый
57
телефонный разговор (для последующей автоматической выписки счетов,
например, в гостиницах), а также получить любую информацию о состоянии
АТС. При подключении домофона вы можете переговорить с посетителем и, если
надо, нажатием пары кнопок на телефонном аппарате открыть дверь. Замыкание
на офисную АТС системы охраны помещений от несанкционированного доступа
и пожара позволит защитить ваше имущество. При подключении данной системы
АТС постоянно опрашивает состояние дежурных датчиков и, в случае
срабатывания любого из них, подает сигнал тревоги в помещении, а также
начинает автоматически обзванивать заранее запрограммированных внутренних
и/или внешних абонентов.
Разновидности офисных АТС
Все офисные АТС можно классифицировать:
 по их емкости и конфигурации — количеству портов подключения внешних;
и внутренних абонентских линий;
 по виду коммутируемого сигнала;
 по типу абонентских линий (чаще всего АТС используют аналоговые линии,
но появились АТС, работающие с цифровыми абонентскими линиями);
 по охватываемой территории (радиус действия АТС может составлять от
нескольких сотен метров до 5 и более километров);
 по возможности расширения (станции с модульной конструкцией
обеспечивают возможность перспективного расширения — наращивания их
емкости).
Конфигурация АТС определяется отношением количества ее внешних
абонентских линий к количеству внутренних абонентских линий. Например, АТС,
имеющая 6 портов для подключения внешних линий и 32 порта для подключения
внутренних, имеет конфигурацию 6 х 32. Конфигурация АТС во многом
определяет сферу ее использования (см. табл. 1).
Таблица 1.
Сферы использования АТС
Конфигурация
Сфера использования
1 х 4, 1 х 6
Квартиры и коттеджи
2x6, 3x8, 4x8
Небольшие офисы и магазины
6 х 32, 8 х 24
Средние офисы, небольшие фирмы, рекламные агентства
12 х 32, 16 х 48
Фирмы, крупные офисы
24 х 64, 20 х 210
Корпорации, небольшие гостиницы, универмаги
200 х 1000 и выше Крупные корпорации и гостиницы, бизнес-центры
По виду коммутируемого сигнала АТС подразделяются на аналоговые,
цифровые, гибридные.
В аналоговых АТС звуковые сообщения представляются в виде непрерывных
или импульсных сигналов с изменяющейся амплитудой. Аналоговые офисные
АТС сравнительно дешевы и сейчас являются самыми распространенными для
58
малых и средних офисов и фирм с числом внутренних абонентов до 100-150.
В цифровых АТС звуковые сообщения методом импульсно-кодовой
модуляции преобразуются в последовательность двоичных кодов. Обработка
двоичных кодов, а не сигналов переменной амплитуды, задача более простая и
гибкая, что и обусловливает значительное расширение функциональных
возможностей цифровых АТС. После обработки и коммутации цифровые сигналы
преобразуются обратно в аналоговые и подаются во внутреннюю абонентскую
линию. Цифровые АТС существенно дороже аналоговых, но имеют хорошие
перспективы при создании корпоративных цифровых сетей интегрированного
обслуживания (ISDN), — интенсивно развивающихся систем, в которых АТС
являются звеном единой сети передачи данных и аудио-, видеоинформации.
Цифровые АТС могут быть рекомендованы в качестве офисных и
учрежденческих при абонентской емкости более 100-150 портов.
В гибридных АТС звуковой сигнал обрабатывается так же, как и в
аналоговых, но предусмотрены дополнительные возможности для обработки и
передачи цифровой информации.
Многие современные офисные АТС благодаря блочно-модульной
конструкции позволяют расширять свою конфигурацию в зависимости от
требований заказчика — в случае необходимости можно докупить
дополнительный модуль и подключить его со станции. Варианты расширения в
разных АТС разные и зависят от конструкции станции. В одном случае можно с
помощью одного модуля увеличить число городских линий на 4, в другом —
сразу на 8 и т. п. Обычно стоимость расширяемой станции в минимальной ее
конфигурации больше стоимости нерасширяемой АТС, но по мере наращивания
конфигурации эти цифры j сближаются.
К офисной АТС подключаются два типа телефонных аппаратов:
 обычные двухпроводные;
 системные
четырехпроводные
.
Двухпроводные аппараты являются самыми простыми и дешевыми, но не все
офисные АТС могут с ними работать. Это ограничение связано с видом
коммутируемого АТС сигнала и способом представления вызываемого номера
(импульсный или тоновый набор). Но даже если использование обычных
телефонов в АТС допустимо, они имеют, особенно при работе с цифровой АТС,
существенные ограничения по уровню и объему различных сервисных функций.
Системные телефонные аппараты создаются специально для работы с
офисной АТС, они на порядок дороже обычных аппаратов, но обеспечивают
выполнение всех предусмотренных в станции сервисных функций. Системные ТА
могут ра¬ботать как с аналоговым, так и с цифровым сигналами, причем в первом
случае для подключения аппарата к АТС требуется четырехпроводная линия (по
одной паре проводов передается разговор, по другой — системные команды), во
втором случае — двухпроводная. Следует иметь в виду, что системные аппараты,
как правило, работают только с теми АТС, для которых они разрабатывались.
В частности, системные ТА имеют такие полезные конструктивные и
59
функциональные особенности:
 буквенно-цифровой дисплей с экранным меню и возможностью вывода
информации о вызывающем внутреннем абоненте, о состоянии (занятости)
внешних и внутренних абонентских линий и т. д.;
 запоминающее устройство — электронная записная книжка для хранения
имен и адресов абонентов, их номеров телефонов, напоминаний о делах, дат
и т. д.;
 программируемая клавиатура с жестко закрепленными функциями
определенных клавиш;
 возможность передачи текстовых сообщений и приема их на дисплей;
 выполнение всех функций системы «директор-секретарь»;
 возможность организации внутренней и внешней конференц-связи и другие.
При выборе офисной АТС следует в первую очередь определиться с
необходимой емкостью телефонной сети, то есть с числом внешних городских
линий, которые будут к ней подсоединены, и числом внутренних линий, а также с
территорией вашей фирмы, охватываемой телефонной сетью. Следует оценить
перспективы развития фирмы как с точки зрения роста количества абонентов, так
и с учетом увеличения требуемых в будущем функций (здесь при ограниченной
финансовой базе выход можно найти в приобретении модульной АТС).
Обязательно нужно выяснить наличие сертификата Минсвязи на
подключение АТС к отечественным телефонным линиям (это важно и при выборе
телефонного аппарата).
Остановимся несколько подробнее на некоторых конкретных применениях
офисных АТС.
Офисная АТС дома
В домашних условиях обычно используются простейшие станции, имеющие
конфигурацию 1x4 или 1x6. Следует иметь в виду, что даже простейшая
конфигурация — одна входная линия и четыре внутренних — позволяет развести
по разным номерам телефон, факс, автоответчик и модем ПК. Расположив же
телефоны по всему дому и в гараже, вы обеспечите себе свободу перемещения, и
в любой момент телефон у вас будет под рукой. Включив режим прослушивания
детской комнаты, вы всегда будете в курсе, что там происходит (для этого
достаточно снять трубку аппарата в детской и набрать специальный код, а затем
можно позвонить на этот телефон с любого другого телефона, и услышать, что
происходит в помещении). О возможности подключения к АТС домофона и
охранной сигнализации уже говорилось выше, но о полезности этого нелишне
напомнить еще раз.
Вариант использования АТС в офисе
Обычная иерархия управления в офисе: начальник — секретарь —
сотрудники. Центральную роль играет обычно секретарь, на телефон которого
поступают все внешние звонки. Секретарь, узнав причину звонка, либо отвечает
сам, либо переадресовывает звонок нужному абоненту. Толковый секретарь сам
ответит на большую часть звонков или четко переадресует звонок по назначению,
освободив и директора, и многих сотрудников от лишних переговоров. Даже если
60
вам хотят передать факс, нажатием пары кнопок секретарь переключит линию на
факс-аппарат, и факсимильное сообщение будет принято. А внутренний абонент
может связаться с секретарем обычно без набора номера, просто нажав одну
кнопку.
DECT-телефония
В последние годы солидные организации и деловые центры устанавливают у
себя беспроводные АТС или DECT-концентраторы, подключаемые к обычной
проводной АТС (название этих концентраторов произошло от стандарта для
систем беспроводной связи, Digital European Cordless Telecommunication - DECT).
К DECT-концентратору четырехпроводными линиями подключают устройства
беспроводного доступа, и через них происходит радиосоединение с
портативными абонентскими радиотрубками.
Стандарт DECT, одобренный Европейским институтом стандартов связи в
1992 году, предназначался первоначально для построения микросотовых систем в
местах с высокой плотностью абонентов и интенсивным трафиком. Сейчас он
широко используется и в домашних и в офисных условиях, придя на смену
стандарту СТ-2 (доля индивидуальных DECT-телефонов уже превысила 90%
используемых терминалов этого стандарта).
Стандарт
в
микросотовом
варианте
обеспечивает
эффективное
задействование спектра радиочастот, высокую конфиденциальность переговоров
и защиту информации. Благодаря использованию частотного и временного
разделения трафика любому абоненту доступны 120 дуплексных каналов. Базовые
станции систем стандарта DECT могут находиться достаточно близко (например,
на расстоянии 25 м) и их емкость ограничена лишь уровнем помех от соседних
сот.
Для DECT выделен участок спектра 1880-1900 МГц. Имеются несколько
профилей доступа к системе:
 GAP (Generic Access Profile) — базовый профиль доступа, используемый
любой стационарной и мобильной телефонией;
 GIP (DECT/GSM Intel-working Profile) - профиль взаимодействия сетей DECT
и GSM;
 IIP (ISDN Inter-working Profile) - профиль взаимодействия сетей DECT и
ISDN;
 RAP (Radio local loop Access Profile) - профиль сетей абонентского
радио¬доступа;
 CAP (Cordless terminal mobility Access Profile) - профиль внутрисистемного и
межсистемного роуминга (мобильности бесшнуровых терминалов);
 DSP (Data Service Profile) - профиль служб передачи данных (в том числе и
по протоколам Интернета). Действительно, при широкой полосе пропускания
есть возможность объединения нескольких каналов для передачи трафика и
обеспечиваются услуги передачи данных со скоростью до 522 Кбит/с.
В качестве примера офисной радиотелефонной системы стандарта DECT
назовем аппаратуру NSM 8210, которая может использоваться как самостоятельно
61
в качестве офисной АТС с конфигурацией 2x10, так и совместно с проводной
АТС в качестве DECT-концентратора. Радиотелефонная DECT-система Siemens
Gigaset 1030С имеет конфигурацию 1 х 6 и много различных сервисных
возможностей, в частности дисплей 2 х 24 символа на базовом блоке и дисплеи
1x16 символов на абонентских радиотрубках, телефонный справочник на 200
номеров и имен, возможность проведения конференц-связи, индикацию
длительности и стоимости разговора и т. д.
Выпускаются и индивидуальные телефоны этого стандарта: Siemens Gigaset
3000 Classic и 3015 Classic, LG GT-7101, Goodwin Lund, двухстандартные DECT/
GSM телефоны Ericsson TH-337 и ТН-688, а также другие. Индивидуальные
телефонные трубки без базы похожи на обычные сотовые телефоны, имеют
дисплеи и много сервисных услуг.
Одним из первых офисных радиотелефонных комплексов является
радиотелефонная система Wanderer, состоящая из базового блока управления, и
ретрансляторов с максимальным удалением каждого от базового блока 1 км.
Таким образом, обеспечивается охват терминалов — телефонных радиотрубок, —
удаленных на расстояние до 2 км. Количество ретрансляторов (радиозон) — до
32; количество радиотелефонов в зоне — до 36; количество радиоканалов — 40;
имеет выход на телефонную сеть общего пользования по 36 каналам. Структурная
схема радиотелефонного комплекса показана на рис. 4.
Рис. 4. Радиотелефонный комплекс
62
4.
Основные возможности, определения и характеристики IPтелефонии. Перспективы развития.
Интернет-телефония (IP-телефония) является одним из важнейших направлений компьютерной телефонии, предназначенным для передачи голоса, данных и
видео по каналам глобальной сети Интернет. В 1995 году появились первые
программные продукты, поддерживающие голосовое общение через Интернет,
которые позволяли осуществлять полудуплексную связь только между двумя
компьютерами, имеющими одинаковые телефонные интерфейсы. Современные
технологии интернет-телефонии поддерживают дуплексную связь, предоставляют
пользователю удобный графический интерфейс и даже обеспечивают возможность
проведения телеконференций.
Для передачи по Интернету голосового трафика его надо оцифровать, закодировать, поместить в пакеты данных, передать пакеты по сети, собрать пакеты на
принимающем узле, декодировать и воспроизвести.
Рассмотрим основные особенности, а также достоинства и недстатки IPтелефонии.
1. IP-телефония — технология, позволяющая использовать сеть с
коммутацией IP-пакетов, в частном случае — Internet, в качестве средства
организации и ведения телефонных разговоров и передачи факсов в режиме
реального времени между удаленными абонентами. IP-телефония является одним
из наиболее сложных и системных приложений компьютерной телефонии.
Термин "IP-телефония" буквально — обеспечение телефонных переговоров с
использованием протокола межсетевого взаимодействия (Internet Protocol).
Внедрение IP-телефонии существенно изменяет подход к обеспечению
телефонной связи. Для телефонии используются коммутируемые каналы с
гарантированной полосой пропускания, чем и обеспечивается непрерывная связь.
В IP-телефонии используется коммутация пакетов.
Принципиальное различие между обычной телефонной связью и сетевой (IPтелефонией) состоит в следующем:
 в традиционно обеспечиваемой телефонной связи каждому абоненту
в монопольное распоряжение выделяется линия связи;
 при IP-телефонии (коммутации пакетов) несколько пользователей
одновременно используют один и тот же канал. Уплотняя трафик путем
разбиения на пакеты непрерывного разговора и эффективно заполняя ими
доступный канал, можно существенно понизить стоимость использования
дорогого цифрового канала для каждого отдельного пользователя. В этом смысле
стоимость переговоров для абонента IP-телефонии значительно ниже соединения
через сеть связи общего пользования.
2. Под IP-телефонией понимают в первую очередь такую технологию, в
которой голосовой трафик частично передается через телефонную сеть общего
пользования, а частично — через сети с IP-коммутацией (в частности — Internet).
Именно таким образом осуществляются звонки с телефона на телефон, с
компьютера на телефон, с телефона на компьютер (здесь вместо номера телефона
63
используется IP-адрес). Ключевым элементом IP-телефонии является связка шлюз
— сеть — шлюз.
Шлюз представляет собой компьютер-сервер, дополненный специальными
платами расширения и соответствующим программным обеспечением. Он служит
интерфейсом между передающим звук устройством пользователя (телефоном,
компьютером и т. п.) и сетью с коммутацией пакетов. Шлюз обеспечивает прием
и преобразование данных в форму, пригодную для пересылки по сети (и обратное
преобразование). Абоненту всего лишь нужно связаться с ним тем или иным
способом. Шлюз, имеющий выход в Internet, передаст по сети данные на другой
такой же шлюз, ближайший к вызываемому абоненту. После этого, претерпев
обратное преобразование, звук достигнет абонента и соединение осуществится.
3. Соединение "телефон — телефон". Техническая последовательность
установления соединения "телефон — телефон" посредством IP-телефонии
следующая.
•необходимо набрать телефонный номер шлюза провайдера IPтелефонии;
•переключив телефонный аппарат в тоновый режим, набрать
номер вызываемого абонента;
•набрать идентификационный номер и, возможно, пароль.
Для связи в режиме "телефон — телефон" не нужен ни компьютер, ни модем.
Подключение к сети с коммутацией пакетов, чаще всего это Internet, и связанные
с этим расходы тоже не потребуются. До шлюза сигнал идет по телефонной сети
связи общего пользования. При этом в него (как и в любой другой телефонный
сигнал) могут добавляться помехи. С другой стороны, любые задержки на
"последней миле" полностью отсутствуют. На уровень задержек, а следовательно,
на комфортность и качество разговора в режиме "телефон — телефон" влияние
оказывает лишь пропускная способность линий связи провайдера IP-телефонии и
загруженность сети на маршруте следования пакетов. Проблема качества звука
может решаться путем оптимизации задержек на пути следования сигнала. Из
нескольких возможных маршрутов система выбирает наименее загруженные, а
там, где это допустимо, повышает приоритет голосовых пакетов. За счет этих мер
паузы в разговоре удается сделать практически незаметными даже в часы
максимальной загрузки. Если в непосредственной близости от абонента шлюза
все-таки не оказалось, звонок отправляется по обычным телефонным маршрутам.
Одной из услуг IP-телефонии является режим "факс — факс". Передача факсов по
сети с коммутацией пакетов проблемы не составляет, однако факсовый сигнал
несколько отличается от голосового. Способы его передачи тоже другие. Это
требует от провайдера некоторых дополнительных затрат, в частности, выделения
для факсов отдельной телефонной линии доступа. В этом случае факсимильный
аппарат абонента взаимодействует с модемом на шлюзе провайдера IPтелефонии.
5. Соединение "компьютер — компьютер". Два компьютера,
подключенные к сети с коммутацией пакетов, могут общаться без посредников: в
общей схеме отсутствует шлюз, поскольку необходимость преобразования
64
сигнала отпала (фактически в качестве шлюза выступает некая программа — "IPтелефон", запущенная на обоих компьютерах). Данные сразу передаются по
стандартным протоколам сети с коммутацией пакетов, поэтому помехи
проникнуть в пакет данных не могут. Все, на что помехи способны, — это
задержать пакеты в пути. Будучи многофункциональным устройством, компьютер
легко снимает ограничения на способы общения, которые присущи
обыкновенному телефону. При разговоре можно не только слышать собеседника,
но и видеть его, обмениваться файлами и т. д. Связь "компьютер — компьютер"
позволяет обойтись без услуг провайдера IP-телефонии. Однако в этом случае
пользователь лишается ряда полезных функций. Например, ни абонент не сможет
позвонить на обыкновенный телефон, ни ему невозможно будет позвонить с
обычного телефона. Компьютер существенно расширяет возможности по обмену
информацией и облегчает использование ресурса сети: достаточно ввести лишь
телефонный номер абонента в поле ввода программы или еще проще — выбрать
его имя из телефонной книги. Чтобы в полной мере использовать возможности IPтелефонии, необходима их поддержка оператором, реализующим услуги IPтелефонии, а терминал (компьютер) должен быть зарегистрированным в сети.
5.
Соединение "компьютер — телефон" "телефон — компьютер").
Установив на свой компьютер программу IP-телефонии, пользователь не
утратит возможность связаться с человеком, у которого компьютера нет.
Принципиально правила организации соединения в этом случае диктуются
статусом участников соединения. Если терминал пользователя (компьютер) не
использует услуги провайдера, то "позвонить" ему с обычного телефона
невозможно. С другой стороны, возможности абонента, использующего терминал,
ограничены только составом программного обеспечения.
Именно сервер IP-телефонии обеспечивает преобразование номеров
абонентов сети связи общего пользования в "электронные адреса" IP-телефонии и
обратно. На шлюз провайдера возлагается сложная задача организации
взаимодействия сети с коммутацией пакетов и АТС, обеспечивающих
подключение абонентов.
Достоинства и недостатки IP-телефонии
1. Помимо традиционных задач компьютерной телефонии, существует ряд
проблем, которые внедрение IP-телефонии позволяет успешно решить?
• IP-телефония может предложить больше, чем просто возможность
разговора двух абонентов. На базе системы IP-телефонии можно внедрять в
телефонную сеть организации самые различные сервисы, то есть все, которые
нужны в данный момент, а также те, что понадобятся в будущем;
•IP-телефония решает проблему реализация концепции "универсального
почтового ящика", или "универсального персонального коммуникатора".
Возможность осуществлять все служебные контакты из одной точки, из единой
адресной книги увеличивает продуктивность работы сотрудника, когда по долгу
службы ему приходится контактировать с большим количеством людей.
Например, сотрудник получает по электронной почте письмо, прочитав которое,
65
он решает, что необходимо немедленно связаться с автором. Если имя
корреспондента занесено в адресную книгу со всеми необходимыми атрибутами,
то немедленно инициируется ответ на письмо нажатием одной кнопки в окне
письма;
•в IP-телефонии отсутствует понятие "линия занята". Если абонент
осуществляет звонок (в качестве аппарата он использует ПК), то, в отличие от
обычного телефонного разговора, технически он имеет возможность отслеживать
и попытки до него дозвониться. По исходящему номеру ПК может автоматически
определить, кто звонит, если этот номер фигурирует в адресной книге (если
звонящий абонент сам использует такое же рабочее место, то в запросе на звонок
он может явным образом указать свое имя). Если сотрудник видит, что кто-то
дозванивается до него или же сам ждет звонка, то он может прервать текущий
разговор (или временно его приостановить) и ответить другому собеседнику;
•концепция универсальной адресной книги и универсального коммуникатора
позволяет вести учет практически всех контактов сотрудника с каждым
конкретным адресатом. При необходимости всю историю общения сотрудника с
адресатом, включая письма, звонки и факсы по тому или иному вопросу с датами
и временем, можно восстановить;
•обеспечивается доступ мобильных и удаленных пользователей к
корпоративным информационным и телекоммуникационным ресурсам. Помимо
того, что удаленный пользователь имеет возможность совершать телефонные
звонки в своей корпоративной сети (и через нее), где бы он ни находился (при
условии, что он имеет подключение к Internet), он сам полностью доступен по
стандартному корпоративному телефонному номеру;
•осуществляет дополнительные услуги провайдеров Internet. Это позволяет
реализовать естественное стремление пользователей рынка одновременно иметь
доступ в Internet и возможность говорить
по
телефону.
Проблема
параллельного подключения жилых помещений к Internet и телефонной сети
решается при помощи ISDN, ADSL2 или дополнительных каналов;
•IP-телефония имеет перспективы на рынке так называемого "кабельного"
Internet, то есть при подключении пользователей по сетям кабельного
телевидения. Наилучшие перспективы такие сети имеют в населенных пунктах
типа районных центров или городов-сателлитов областных центров. Операторы
КТВ (провайдеры) получают возможность предложить при помощи IP-телефонии
своим подписчикам услуг Internet стандартный набор телефонных сервисов
(возможность быстро вызвать пожарных, милицию или "скорую помощь");
•сравнительно невысокие инвестиции в оборудование и каналы, а также
"обход" телефонных операторов, позволяют сделать стоимость междугородных
разговоров низкой.
ISDN (Integrated Services Digital Network) — цифровые сети с интегральными услугами относятся к сетям,
в которых основным режимом является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в
цифровой форме. ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) — цифровые абонентские линии Эта
технология обеспечивает высокоскоростную передачу данных на коротком участке витой пары,
соединяющем абонента, с ближайшей автоматической телефонной станцией (АТС)
2
66
2. IP-телефония обладает достаточной экономической эффективностью.
Однако выход на новый уровень потребует немалых инвестиций в новое
оборудование и каналы.
Утверждения о высокой стоимости внедрения IP-телефонии основываются на
оценке стоимости оборудования для корпоративных сетей, на стоимости полного
IP-решения для корпоративной телефонной сети. Критике за свою высокую
стоимость подвергаются IP-телефоны, то есть телефонные аппараты,
подключаемые непосредственно к компьютерной сети. Их стоимость в период
освоения крайне высока, но в перспективе с ростом объема их производства и
продаж цены должны снижаться. С учетом стоимости остального оборудования, а
также вероятных затрат на повышение производительности сети (или даже просто
на увеличение количества портов сетевого оборудования), стоимость одного
абонентского места оказывается весьма высокой, даже по сравнению с
традиционной телефонией. Это относится и к стоимости массового оснащения
компьютеров в организации платами компьютерной телефонии, гарнитурами и
специальным программным обеспечением. Однако высокая стоимость IPтелефонии компенсируется экономической отдачей от ее внедрения.
По прогнозам агентства ProbeResearch, к 2005 году трафик IP-телефонии составит 44% международного трафика в мире, а в США, например, уже в 2002 году
около 20% и внутреннего телефонного трафика проходило через Интернет.
67
Лекция 2/4 Системы компьютерной телефонии, основные характеристики
На рубеже XX-XXI вв. человечество вплотную подошло к реализации так
называемых предельных задач в области развития телекоммуникаций —
глобальных персональных систем связи. Глобальность связи обеспечивается
созданием Всемирной сети связи, в которую интегрируются национальные
(федеральные) и входящие в них региональные и ведомственные сети связи, что
позволит абоненту пользоваться различными услугами связи в любой точке
земного шара. При осуществлении персональной связи любой абонент сможет
пользоваться услугами электросвязи по своему личному номеру, который он
получит с момента рождения и который будет зарегистрирован во Всемирной
сети связи.
1. Увеличение объема информации потребует сокращения времени ее
передачи и получения. Именно поэтому уже сейчас наблюдается устойчивый рост
производства мобильных средств связи (пейджеров, автомобильных и
портативных сотовых радиотелефонов, спутниковых пользовательских
терминалов), которые дают возможность сотруднику той или иной службы вне
рабочего места получать необходимую информацию и оперативно решать
возникающие вопросы.
2. Подвижными объектами являются либо наземные транспортные средства,
либо непосредственно человек, имеющий портативную абонентскую станцию
(пользовательский терминал). Передача данных подвижному абоненту резко
расширяет его возможности, поскольку, кроме телефонных, он может принимать
телексные и факсимильные сообщения, различного рода графическую (планы
местности, графики движения и т. п.), медицинскую информацию и многие др.
Особое значение эти системы приобретают в связи с активным внедрением во все
сферы человеческой деятельности персональных компьютеров, разнообразных
баз данных, компьютерных государственных и коммерческих сетей.
Используемые системы радиосвязи с подвижными объектами можно
разделить на следующие классы:
• профессиональные системы подвижной связи;
• системы персонального радиовызова;
• сотовые системы подвижной связи;
• спутниковые системы связи.
Такие сети предназначены для передачи данных и обеспечения подвижных и
стационарных объектов телефонной связью.
3. Развитие сетей наземной подвижной радиосвязи на территории России на
протяжении последних трех десятков лет диктовалось необходимостью
организации оперативной связи в основном для высших органов государственной
власти и управления.
4. Переход к новым экономическим условиям, стимулирующим развитие
деловой активности и предпринимательства, значительно повысил спрос на
услуги мобильной радиосвязи общего пользования.
Можно выделить несколько групп пользователей, предъявляющих свои
68
требования к услугам мобильной связи:
• первая группа — это небольшое число пользователей сотовых и
спутниковых систем связи, для которых характерны высокий уровень
платежеспособности и привычка пользоваться телефоном как повседневным
инструментом руководства (администрация, руководители высшего звена,
предприниматели). Их обязательные требования — дуплексная связь и
интеграция в городскую и междугородную телефонные сети;
• вторая группа — это руководители среднего звена, обеспеченные
мобильными средствами связи, само наличие которых, как и марка автомобилей
на предприятии или фирме, свидетельствует об их стабильном финансовом
положении и высокой деловой активности. Они имеют дело и с руководителями
более высокого ранга, и с исполнителями;
• третья группа — это та категория граждан, которым необходима прежде
всего возможность передачи и получения оперативной информации для
выполнения заданий руководителей (сотрудники органов охраны общественного
порядка и скорой помощи, аварийных служб и предприятий; рабочие
промышленности, транспорта; строители; энергетики);
• четвертая группа — это все те, кто привык пользоваться телефоном как
средством общения. С каждым годом эта группа становится все более
многочисленной. Это происходит потому, что операторы, предоставляющие
услуги мобильной связи, постепенно снижают тарифы на пользование своими
услугами, с одной стороны, а с другой — постоянно дорожают услуги обычной
телефонной связи. Все это приводит к тому, что средствами мобильной связи
начинают пользоваться самые разные слои населения.
Преимущества систем мобильной связи состоят в следующем:
• освобождает абонента от необходимости присутствовать в строго
определенном месте при проведении сеанса связи (по проводным телефонным
линиям, с таксофонов и т. п.), что позволяет ему получать услуги связи в любой
точке в пределах зон действия наземных или спутниковых сетей;
• дает возможность пользоваться более удобной аппаратурой (портативными,
удобными в обращении телефонами, трубками);
• позволяет абоненту быть доступным в любой момент для других абонентов;
• предоставляет абоненту дополнительные информационные услуги
(передавать SMS-сообщения и др.).
Сети подвижной связи созданы с целью максимального удовлетворения
потребностей их абонентов в услугах связи. Они должны обеспечивать связь на
современном мировом уровне с возможностью выхода в телефонную сеть общего
пользования. Радиотелефон и пейджер перестали быть символом престижа и
стали рабочим инструментом, позволяющим более эффективно использовать
рабочее время, оперативно управлять производством и постоянно контролировать
ход технологических, экономических и других процессов.
69
1.
Радиотелефоны, пейджинговая, сотовая и спутниковая связь.
Стандарты и операторы сотовой связи.
§ 1. Радиотелефоны.
Сегодня деловые люди не представляют своей жизни без радиотелефона.
Кому не знакома такая ситуация: после проведения переговоров с партнерами по
бизнесу или с заказчиками возникает необходимость оперативного
информирования своего руководства о результатах переговоров. Звонить из
чужого офиса неудобно, исправного таксофона в ближайшей округе нет, а
неинформирование — смерти подобно; время уходит, и с ним уходит
возможность успеть что-то предпринять. Потери от неполученной вовремя
информации могут многократно превысить затраты на приобретение
радиотелефона. И это только один из многочисленных примеров такого рода.
Поэтому многие деловые люди ставят приобретение радиотелефона на одно
из первых мест в смете расходов своей фирмы.
Беспроводные системы телефонной связи обычно называются системами
радиотелефонной связи, а за рубежом — системами беспроводного абонентского
доступа (Wireless Local Loop — WLL). В последние годы системы
радиотелефонной связи получили большое развитие. Они чаще всего
используются в качестве региональных телефонных систем для связи с
мобильными (mobile — подвижный) абонентами, а также для связи со
стационарными объектами в тех случаях, когда отсутствуют проводные
телефонные линии (например, в новостройках, в сельской местности и т. д.).
Создание систем радиотелефонной связи не требует прокладки
дорогостоящих телекоммуникаций, проведения сложных инженерных работ,
связь может быть организована в считанные дни независимо от рельефа
местности и погодных условий.
Технология радиотелефонной связи позволяет обеспечить потребности
крупных городов, быстрорастущих пригородов и дачных поселков, малых
городов и редконаселенной сельской местности без развитой системы
телекоммуникаций.
Она также может обеспечить надежную и оперативную связь ответственного
работника, бизнесмена, коммерсанта, специалиста со своими сотрудниками и
партнерами, где бы он ни находился: в другой организации, на совещании или
симпозиуме, на даче, в лесу или на пляже.
Радиотелефонная связь может являться конкурентоспособной альтернативой
для постоянного использования вместо проводной телефонии, поскольку
последняя представляет собой довольно сложное хозяйство, требующее
значительных капитальных вложений и трудоемкого текущего обслуживания, да
подчас и не обеспечивает нужной оперативности соединения.
По сравнению с обычной проводной телефонной системой, беспроводная
обладает существенными достоинствами:
 возможность создания в любых условиях, независимо от природных условий
 и наличия инфраструктуры телекоммуникаций;
 обеспечение надежной и оперативной связи с мобильными пользователями;
70
меньшая трудоемкость работ по организации системы и на порядок более
быстрые темпы ввода в эксплуатацию;
 меньшие в 2-3 раза капитальные затраты на ее создание;
 меньший срок окупаемости системы;
 более широкий сервис, в частности, по управлению системой и по защите
информации.
Среди радиотелефонных систем можно выделить такие их разновидности:
 системы сотовой радиотелефонной связи;
 системы транкинговой радиотелефонной связи;
 телефоны с радиотрубкой;
 радиотелефонные удлинители;
 системы персональной спутниковой радиосвязи.
В настоящее время в мире существует около полусотни различных
стандартов, определяющих протоколы функционирования радиотелефонных
систем; наиболее распространенные стандарты радиотелефонных систем
мобильной связи представлены в табл. 1.
Таблица 1.
Некоторые стандарты радиотелефонной связи
Ширина
Скорость
Стандарт Распространение полосы
передачи
Вид сетей
канала,
данных,
кГц
Кбод
AMPS
NMT
GSM
Россия, США
Россия, Европа
Россия, Европа,
США
30
20
200
0,2-2,4
0,46-1,2
0,2-9,6
Аналоговые сотовые
Аналоговые сотовые
Цифровые сотовые
TDMA
Россия, Европа,
Азия, США
30
48,6
Аналоговые и цифровые
радиосети, спутниковые
CDMA
Азия, США
1230
1230
Цифровые сотовые,
спутниковые системы
DECT
Европа
1728
1152
Цифровые
радиотелефоны
TETRA
СТ-2
Европа
25 100
36 72
Транкинговые системы
Радиотелефоны
Современная сотовая связь в своем развитии прошла следующие этапы:
 система радиотелефонной связи (1930-1940-е гг.);
 сотовая связь первого поколения (1940-1980-е гг.);
 сотовая связь второго поколения, основанная на цифровых методах
обработки сигнала (1980-е — начало XXI в.);
 сотовая связь третьего поколения (начало XXI в.).
71
Радиотелефоны первой системы радиотелефонной связи использовали
обычные фиксированные каналы.1 Если канал связи был занят, абонент вручную
переключался на свободный. Аппаратура была громоздкой и неудобной. С
развитием техники системы радиотелефонной связи совершенствовались, в
частности:
 уменьшались габариты устройств;
 осваивались новые частотные диапазоны;
 улучшалось базовое и коммутационное оборудование;
 появилась функция автоматического выбора свободного канала —
транкинг (trunking).
Главной из проблем была ограниченность частотного ресурса: количество
фиксированных частот в определенном частотном диапазоне не может
увеличиваться бесконечно, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте
рабочими каналами создают взаимные помехи.
В середине 1940-х гг. исследовательский центр Bell Laboratories
американской компании AT&T предложил идею разбиения всей обслуживаемой
территории на небольшие участки, которые стали называться сотами (от англ. cell
— ячейка, сото). Каждая сота должна была обслуживаться передатчиком с
ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Это позволило без
взаимных помех использовать ту же самую частоту повторно в другой соте.
Данное научно-техническое открытие легло в основу системы сотовой связи.
Благодаря
IMT-2000
возможна
передача
видеоизображений
и
мультимедийных данных в режиме реального времени, что позволяет создать
эффект присутствия у абонента, находящегося на значительном удалении от
места событий.
Принципиально новым шагом в развитии систем сотовой подвижной связи
стали:
• концепция интеллектуальных сетей связи, которая используется для
создания всех перспективных цифровых сотовых сетей микро- и макросотами и
предусматривает объединение систем сотовой подвижной связи, систем
радиовызова и персональной связи при условиях оперативного предоставления
абонентам каналов связи и развития услуг;
• модели открытых систем (OSI), которые интерпретируют процесс передачи
сообщений как взаимодействие функциональных взаимосвязанных уровней,
каждый
из
которых
имеет встроенный интерфейс на смежном уровне.
Определяющей тенденцией начавшегося процесса конвергенции услуг
фиксированной и мобильной связи станет слияние мобильной связи с другими
технологиями. Сотовые телефоны с "электронным компасом" для определения
местоположения (GPS) станут незаменимыми помощниками автомобилистов и
путешественников; будет расширен объем банковских услугу получаемых
непосредственно с помощью мобильного телефона: платные информационносправочные услуги, различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов,
парковок) и банковских операций с портативных или мобильных сотовых
телефонов ("карманные банкоматы").
72
§ 2. Пейджинговая связь.
Мобильные телефоны, пейджеры изменили стиль жизни деловых людей,
позволили им постоянно быть на связи, ни на секунду не отрываясь от развития
событий
Пейджинговые
системы
являются
средствами
односторонней
радиотелефонной связи и еще недавно были самым популярным и
распространенным варианте систем персонального радиовызова. Сейчас они
уступают пальму первенства сотовым радиотелефонам.
Системы персонального радиовызова (радиопоисковой связи) предназначены
дл оперативного поиска и передачи информации сотрудникам — абонентам эти
систем.
Системы персонального радиовызова состоят из центральной приемопередающей радиоаппаратуры, связанной радиоканалами с миниатюрными
приемниками (в общем случае — приемо-передающими устройствами),
индивидуально за крепленными за абонентами системы. Абонент, имеющий
такой приемник (а он легко размещается в кармане), держит его в дежурном
режиме; при поступлении вызова с центрального пульта приемник воспроизводит
вибрационный или звуковой сигнал, привлекающий внимание абонента. Абонент
включает приемник в рабочий режим и выслушивает или просматривает на
миниатюрном дисплее посылаемое ему сообщение.
Системы персонального радиовызова бывают региональными и локальными.
Локальные системы применяются на территории одного предприятия или
организации и используют, как правило, низкочастотные радиоканалы (антенна в
этом случае представляет собой петлевой вибратор, охватывающий только
территорию предприятия и не создающий радиопомех вне этой территории). У
низкочастотных (10-40 кГц) радиопоисковых систем передача информации только
односторонняя: от центрального пульта к абонентам.
Примером могут служить отечественные системы «Поиск» на 49 абонентов,
«Связь» на 90 абонентов; охват территории до 1 квадратного километра.
Региональные системы используют высокочастотные каналы, в диапазоне
нескольких десятков и сотен мегагерц, и охватывают значительно большие
территории. Высокочастотные системы бывают двухсторонними (аналог
радиотелефонной связи), но чаще всего односторонними.
Массовое развитие региональные системы персонального радиовызова
получили в виде пейджинговых систем связи, существенно расширивших сферу
их использования, в частности, и на локальные предприятия и организации.
Архитектура и виды пейджинговых систем
Пейджинговая связь с момента своего появления (середина 50-х годов)
вызывала неоднозначное восприятие. В ее пользу, безусловно, говорит высокая
оперативность и низкая стоимость связи, эффективность использования
частотного ресурса. Существенным ее недостатком является то, что она до сих
пор является еще односторонним видом связи, что заметно снижает ее
надежность. Но, несмотря на этот недостаток, пейджинговая связь получила в
73
настоящее время поистине массовое распространение. Количество абонентов
пейджинговой связи в мире исчисляется десятками миллионов человек; в
развитых странах пейджинговой связью пользуется до 20% населения.
Основой пейджинговой системы является пейджинговый терминал —
приемопередающее устройство с контроллером, ретранслятором, пультом
управления и антенной. Для передачи информации может использоваться
телефон, компьютер, клавиатура, а для приема — миниатюрный УКВ-приемник
— пейджер (пейджинговые системы работают в диапазоне частот 146-174 МГц).
Каждому пейджеру соответствует отдельный телефонный номер, и для связи с
ним нужно просто набрать- этот номер и передать сообщение. В ближайшее
время ожидается появление двухсторонних пейджеров, которые позволят не
только получать сообщение, но и посылать сигнал о приеме информации и
короткие кодированные ответы.
Современный уровень технологии позволяет построить пейджинговую
систему любого размера: от офисной до общегосударственной.
Наиболее характерны три вида этих систем: корпоративные, локальные и
региональные.
Корпоративные Пейджинговые системы предназначены для организации
связи внутри офиса, здания, отдельного предприятия и на прилегающих к нему
территориях. Типичные примеры их применения — большие офисы, гостиницы,
больницы, аэропорты. Они позволяют быстро передать информацию любому
сотруднику, имеющему пейджер, независимо от его местонахождения.
Основа системы — контроллер — преобразует передаваемую информацию в
специальные сигналы и управляет маломощным радиопередающим устройством с
выходной мощностью, как правило, до 5 Вт. Для ввода сообщения в таких
системах часто применяется встроенная в контроллер клавиатура, но могут
использоваться номеронабиратели телефонов с тональным набором и
персональные компьютеры. С номеронабирателя телефонного аппарата можно
вводить только цифровую информацию. Наиболее эффективно использование для
ввода информации персональных компьютеров, подключенных к корпоративной
компьютерной сети организации. В последнем случае при наличии специального
программного обеспечения можно, не прибегая к помощи оператора, отправлять
на пейджер сообщения, полученные в адрес абонента по факсу или по
электронной почте.
Локальные пейджинговые системы имеют радиус действия десятки
километров и большое количество (до нескольких тысяч) абонентов. Выходная
мощность передатчиков таких систем достигает 150-300 Вт. Они оборудованы
эффективными антеннами с большой высотой установки. Сообщения
принимаются операторами по телефону и вводятся с помощью пультов. Как и в
корпоративных системах, возможен ввод информации, минуя операторов, с
телефонных номеронабирателей с тональным вводом и из персональных
компьютеров. Для передачи полученных в адрес клиента коротких факссообщений и сообщений электронной почты часто имеются специальные входы с
74
автоматическим донабором адресной информации.
Региональные пейджинговые системы охватывают еще большую территорию
и поэтому являются многозоновыми системами с несколькими пейджерными
терминалами. Такие системы имеют наиболее развитые функциональные и
сервисные возможности и, как правило, являются открытыми системами общего
пользования.
Протоколы и операторы пейджинговой связи
Передача данных в пейджинговых системах строится на различных
протоколах обмена.
Первым протоколом, разработанным для них, был протокол Two Tone (два
тона), основанный на посылке сигнала в виде комбинации двух частот. Пейджер
для такого протокола представлял собой обычный радиоприемник частотно
модулированного сигнала с фиксированной настройкой на определенные частоты
(эта конкретная комбинация частот и соответствовала номеру вызываемого
пейджера). Этот протокол обеспечивал только короткую звуковую сигнализацию
вызова и позволял обслужить лишь небольшое количество абонентов.
Из большого числа разработанных позднее протоколов наиболее удачным
явился протокол POCSAG, одобренный и принятый в качестве стандартного
МККТТ; он получил широкое распространение во всем мире. Этот протокол
обеспечивает обслуживание до 2 млн абонентов и позволяет передавать не только
тональные, но и текстовые кодированные сообщения. Скорость передачи
информации составляет 512, 1200 и 2400 бит/с. Благодаря стандартизации
протокола и его широкому применению, легко решаются вопросы роуминга —
разные компании-операторы без особых проблем могут передавать и
переадресовывать клиентов друг другу.
В Санкт-Петербурге большинство действующих пейджинговых операторов
используют протокол POCSAG: «Неда-Пейджинг», «Пейджнет» (торговая мар¬ка
«Экском»), «Экспресс», «ПТ-Пейдж», FCN, ВВС, «Мобил ТелеКом» (Mobile
TeleCom), «Малтитон Дале», «Вессо Телеком», «Камертон», «ПейджерКом».
Единственной петербургской компанией, взявшей на вооружение другой
протокол, а именно протокол RDS (Radio Data System), является компания
«Пейджер-Ком». Протокол RDS использует для передачи сообщений сеть радио и
телевидения. «ПейджерКом», в частности, базируется на поднесущей
вещательной частоты «Радио Максимум» (отличительная особенность этого
стандарта). Пейджеры, ориентированные на этот протокол, представляют собой
радиоприемники, работающие с частотно модулированными сигналами и
отслеживающие сигналы, передаваемые в RDS-диапазоне. Вообще говоря,
протокол RDS разрабатывался изначально для систем радиовещания с целью
автоматизации настройки на радиостанцию и отображения результатов этой
настройки (названия радиостанции и ее рабочей частоты), что было особенно
важно для автомобильных приемников. В дальнейшем своем развитии протокол
позволил выполнять более десятка различных сервисных функций, весьма
полезных для автомобильного приемника:
 PI — Programme Indication — отображение на дисплее приемника
75
названия и рабочей частоты радиостанции;
 PSN — Programme Service Name — информирование о характере
программ, передаваемых радиостанцией;
 ТР — Traffic Programme identification — информирование о порядке
организа¬ции движения на трассе;
 ТА — Traffic Announcement signal — информирование об изменении
обста¬новки на дороге и многие другие функции;
 RP — RadioPaging, радиопейджинг.
Поэтому функцию пейджера в протоколе RDS может выполнять
автомобильный радиоприемник, а может и специальный портативный аппаратик.
В нашей стране наибольшее развитие получили пока только две RDS-функции: PI
и RP, то есть индикация принимаемой программы и передача пейджинговых
сообщений. Однако все больше радиостанций, ведущих стереофоническое
радиовещание в диапазоне 66-108 МГц'(частотный диапазон пейджингового
стандарта RDS), проявляют интерес к более полной реализации данного
протокола, а пейджинговые компании, работающие в этом стандарте, образовали
ассоциацию, позволившую создать единое роуминговое пространство, уже
охватившее десятки городов СНГ. За рубежом в ряде городов (Франкфурте на
Майне, например) уже существуют системы автоматического управления
автомобилем на основе протокола RDS — во время движения автомобиля
пассажиры отдыхают, наслаждаясь аудио- или видеопрограммами, а «автопилот»
по заложенному в память компьютера маршруту ведет машину и лишь при
приближении сложных дорожных ситуаций предупреждает человека о
необходимости взять управление на себя.
На сегодняшний день разработаны новые высокоскоростные протоколы для
пейджинговой связи, которые постепенно вводятся в эксплуатацию. Наиболее
интересным и перспективным, активно используемым во многих странах, является протокол FLEX (Flexible wide-area protocol; flexibility — гибкость),
обеспечивающий скорость передачи до 6400 бит/с. Модификации этога протокола
гораздо более интересны: протокол ReFLEX дает возможность двухсторонней
передачи, то есть владелец пейджера может не только принимать сообщение, но и
давать подтверждение о его получении, либо кратко ответить с помощью заранее
предусмотренного кода. Максимальная скорость передачи по этому протоколу
составляет 25,6 Кбит/с. Протокол InFLEXion отличается еще большей скоростью
передачи — до 112 Кбит/с.
В Санкт-Петербурге, да и во всей Европе, первой протокол FLEX начала
использовать компания FCN.
Почти аналогичный ReFLEX двунаправленный протокол разработан для
военных целей израильской фирмой Nexus, обеспечивающий скорость передачи
до 3200 бит/с; ныне стандарт рассекречен и по данному протоколу планирует
рабо¬тать новая петербургская компания «Пейджнет».
Конкурентом FLEX является и скоростной протокол ERMES (European Radio
Message System), утвержденный в 1992 году Европейским институтом
телекоммуникационных стандартов в качестве единого европейского стандарта с
76
ограничением на строго определенные диапазоны частот: 169, 425-469, 800 МГц и
скоростей передачи до 6400 бит/с. К сожалению, в России диапазон частот 169
(169,4-169,8), используемый ERMES в Европе, занят другими службами и его
высвобождение связано с большими организационными и финансовыми
затратами, кроме того, этот протокол имеет плохую совместимость с широко
распространенным у нас протоколом POCSAG.
Сказанное выше становится актуальным в связи с тем, что созданная в 1993
году Единая пейджинговая система России (ЕПСР), объединяющая сейчас свыше
ста городов, опирается на устаревший протокол POCSAG, и имели место
активные дебаты о новом протоколе, который будет положен в основу этой
системы (в перспективе — FLEX).
С точки зрения технической политики, России как европейскому государству
следует ориентироваться на европейский стандарт. Поэтому, несмотря на
упомянутые выше трудности с внедрением стандарта ERMEG, решением
Министерства связи России предусмотрено использование этого стандарта в
ЕПСР. Компания Ericsson уже поставила в Россию пейджинговую систему Т
стандарта ERMEG, которая поддерживает текстовый пейджинг с использованием
символов кириллицы и режим прозрачной передачи данных (без их
перекодирования). Система должна охватывать пейджинговой связью Москву,
Санкт-Петербург и еще 13 го¬родов России. Пейджинговые центры рассчитаны
на 40 000 абонентов в каждом городе с возможностью расширения.
Но в мае 1997 года Государственный комитет по электросвязи РФ утвердил
новую концепцию развития сетей персонального радиовызова, в которой широко
представлен протокол FLEX (включая ReFLEX и InFLEXion). Согласно этой
концепции, FLEX является перспективным высокоскоростным стандартом,
приемлемым для России.
Модели пейджеров
Пейджеры бывают тоновые, цифровые и текстовые.
Тоновые пейджеры самые простые, дешевые и малогабаритные (размером со
спичечный коробок); они только извещают абонента о вызове вибрационным,
звуковым или световым сигналом, при этом тип оповещательного сигнала может
условно кодировать одно из четырех заранее выбранных абонентом сообщений:
позвонить в голосовой почтовый ящик, позвонить в офис, позвонить домой и т. п.
В настоящее время модели на основе тональных форматов кодирования
применяют редко, но на отечественном рынке еще можно встретить тоновые
пейджеры, например PRG 1012 фирмы Philips.
Цифровые пейджеры более совершенные; они обычно имеют дисплей (на 1020 символов) и оперативную память (на 80-200 символов или 8-20 сообщений); на
дисплей может быть передано цифровое сообщение (номер телефона, по
которому нужно позвонить; время некоторого заранее обусловленного события;
курс акций и т. п.). Цифровой пейджер удобно использовать совместно с
голосовым почтовым ящиком (ГПЯ), организуемым практически в каждой
пейджинговой системе — в таком случае на пейджер выдается сообщение о
77
поступлении в ГПЯ информации в адрес абонента. Эту информацию абонент
может получить, позвонив в «почтовый ящик» с любого близлежащего телефона
(доступ в ГПЯ, естественно, конфиденциальный — по идентификатору и/или
паролю). Пример: Philips PRG 1068, NEC PN3PV-4C, Bravo Plus, Life Style последние три выпускаются фирмой Motorola.
Текстовые пейджеры — самые совершенные. Модели текстовых пейджеров
весьма разнообразны: многие из них выводят сообщение на дисплей на русском
языке, некоторые — только на английском; они имеют часы, будильник, систему
регистрации даты и времени поступления сообщения. Текстовый пейджер
способен служить записной книжкой, ежедневником с системой таймеров,
оповещающих о времени намеченной встречи или телефонного звонка.
Самыми популярными и распространенными текстовыми пейджерами
являются пейджеры Motorola Advisor (в том числе и их модификации Motorola
Advisor Latin, Cyrillic, Linguist, Prestige).
Многоязычные (поддерживают более 40 языков) пейджеры Motorola Advisor
Linguist работают в диапазонах частот 138-174 МГц (модель A03TQB5962AA)
или 408-512 МГц (модель A04TQB5962AA) со скоростями 512, 1200, 2400 бит/с,
имеют память емкостью 6400 символов (до 10 автоматически сохраняемых
сообщений), максимальная длина одного принимаемого сообщения равна 1984
символам, четырехстрочный дисплей (по 20 символов в строке); размеры
пейджера 8,58 х 5,9 х 1,98 см, вес 116,6 г.
Широко используются также текстовые пейджеры:
 фирмы NEC: NEC Mini — память на 16 сообщений по 120 знаков,
двуязычный (и на русском, и на английском языке); NEC 21A Maxima имеет
расширенную память на 231 сообщение по 2000 символов в каждом, причем,
подобно компьютеру, реализует хранение информации по файлам и папкам;
имеет электронную «записную книжку» с функцией напоминания в заданное
время о намеченных звонках, встречах; NEC SAM;
 фирмы Philips: Philips Fiori, PRG 2310 (Messenger LUX), PRG 2220;
 фирмы Motorola: Motorola Scriptor (LX 1 и LX 2), Memo и Bravo Express и др.
Характеристики некоторых текстовых двуязычных (русский и английский)
пейджеров приведены в табл. 2.
Таблица 2.
Текстовые пейджеры для стандарта POCSAG
Модель
Philips Fiory OI Electric Supervisor NEC 21A
Motorola
пейджера
РВ2402
Maxima
Advisor
Linguist
Объем памяти
2400 1
24000
33000
18000
6400
(символов)
Символов
на дисплее
Будильник
х20
4х 16
4x20
4x22
4x20
+
+
+
+
+
78
Размеры, мм 59 х 46 х 13 75 х 54 х 19 69 х 49 х 18 89 х 56 х 18 86 х 59 х 19
Вес, г
42
50
65
90
116
Первый российский текстовый пейджер Лира РП-201С подготовил к выпуску
Ижевский радиозавод: пейджер работает на частоте от 88 да 108 МГц, имеет
двухстрочный дисплей, умеет запоминать до 60 полученных сообщений.
Для протокола FLEX модели пейджеров самые малогабаритные. Они
выпускаются, в частности, фирмой Motorola:
 голосовой пейджер Tenor;
 цифровые — Renegate FLX (имеет 12-символьный дисплей и хранит до
шестнадцати 20-символьных сообщений), Bravo FLX, Ultra Express
FLX;
 текстовые — Advisor Gold FLX (имеет память на 30 000 символов,
четырехстрочный дисплей на 80 символов; обеспечивает хранение 19
входных сообщений и 21 сообщения в записной книжке, способен
работать по трем информационным каналам); Wordline FLX (может
принимать и хранить до 16 сообщений общей длиной 2000 символов,
работает по двум информационным каналам).
Прошла презентация и коммуникатора для двухстороннего пейджинга
Motorola PageWriter 2000. С помощью компактного 200-граммового устройства
можно принимать и отправлять электронную почту и упорядоченно хранить
сообщения (каждое — до 300 Кбайт). Устройство имеет большой экран, флэшпамять, 300-килобайтовое ОЗУ, миниатюрную QWERTY-клавиатуру и джойстик,
встроенный инфракрасный порт и др.
Сервисные услуги пейджинговой связи
Короткие
информационные
сообщения
целесообразно
передавать
непосредственно на пейджер, для передачи более длинных следует использовать
голосовой почтовый ящик (ГПЯ). В последнем случае следует набрать
телефонный номер пейджера и продиктовать сообщение, как на автоответчик.
Тогда, помимо появления сообщения на экране пейджера, оно записывается и
хранится в ГПЯ; его можно прослушать в любой удобный момент, набрав
телефонный номер и установленный вами код доступа (пароль).
Информация может передаваться на пейджер:
 непосредственно с тонального номеронабирателя телефона;
 задиктовываться в микрофон телефона с последующей передачей через
оператора или диспетчера;
 вводиться из внешнего канала связи или из компьютера (через модем). При
передаче в эфир сообщения кодируются, поэтому их невозможно
подслушать; оцифровка голоса и обратное восстановление оцифрованного
голоса может выпол¬няться непосредственно модемом, например факсмодемом Zoom VFDXV.32bis. Тональный набор номера, при котором каждой
79


















набираемой цифре соответствует определенный звуковой тон, есть у многих
современных телефонных аппаратов и уличных таксофонов, работающих с
магнитными картами. Для ТА с импульсным набором подходит телефонная
приставка-преобразователь (бипер). Сервисные услуги, получаемые
пейджером, зависят от оператора, которым он обслуживается. Многие
современные
компании-операторы
предоставляют
следующие
дополнительные услуги:
роуминг с другими операторами пейджинговой связи, в том числе за
рубежом;
возможность работы в информационных компьютерных сетях;
подключение пейджера к порту компьютера;
передача данных на пейджер по каналу связи, минуя оператора;
голосовая почта с длительным хранением голосовых сообщений;
возможность организации персонального автоответчика;
возможность получения сообщений по факсу и по электронной почте;
повтор сообщений через заранее оговоренные интервалы времени;
передача отложенных сообщений и с отсрочкой (в назначенное время);
перевод сообщений на заранее указанный язык;
напоминание в нужное время о неотложных делах (функции секретаря);
передачу сообщений сразу группе абонентов;
дублирование поступивших на пейджер сообщений на факс и/или
электронный почтовый ящик абонента;
получение информации о срабатывании охранной сигнализации квартиры,
офиса, машины при условии подключения этой сигнализации к какому-либо
телефону или радиотелефону;
при двухсторонней связи возможность включения и отключения
сигнализации, других элементарных операций управления;
отключение пейджера на время отсутствия абонента с накоплением всех
сообщений в памяти оператора;
автоматическая сигнализация о выходе пейджера из зоны обслуживания
оператором;
передача оперативных новостей: итоги валютных торгов и другие
финансовые новости, прогнозы погоды в разных регионах, транспортная
хроника, юридическая информация, анонсы концертов и дискотек и т. д. по
нескольким информационным каналам.
Чтобы стать абонентом системы пейджинговой связи, нужно:
 выбрать компанию-оператора пейджинговой связи,
 выбрать пейджер.
При выборе пейджингового оператора следует учесть:
 зону действия оператора (охватываемую им территорию) и наличие
роуминга с другими регионами;
 протокол, по которому работает оператор, и его скорость передачи
данных;
 сервисные услуги, предоставляемые оператором, и их стоимость;
80
 стоимость подключения и месячной абонентской платы;
 возможности и стоимость используемых в выбираемом протоколе
пейджеров.
Например, пейджинговая система «Неда-Пейджинг», мощные ретрансляторы
которой расположены во всех районах Санкт-Петербурга (в том числе и на башне
петербургского телецентра) и в области (от Выборга до Гатчины и Ладожско¬го
озера), обеспечивает уверенный прием информации на улице, в помещении и в
автомобиле; предоставляет роуминг с Москвой и Нижним Новгородом, а так¬же
подключение к информационной системе агентства Reuters. «Неда-Пейджинг»
предоставляет возможность получать сообщения электронной почты (в том числе
со своего персонального компьютера), факсимильную информацию, информацию
от системы охранной сигнализации офиса, квартиры, автомашины; в
определенное время ведется оперативная передача биржевых и коммерческих
новостей (курсов валют по итогам торгов на ММВБ и СПВБ, курсов обмена
валюты в банках Санкт-Петербурга и т. д.). Имея систему Page Card, можно всю
эту информацию записывать на диск портативного персонального компьютера.
Пейджер полезен лично абоненту, так как:
 отпадает необходимость дежурить у телефона в ожидании нужного
звонка;
 появляется возможность поддерживать постоянную связь с друзьями,
родными и близкими вам людьми;
 гарантируется своевременность получения подсказки о необходимости
поздравить ваших друзей, родных и близких;
 появляется возможность избежать разговора с неприятным вам
человеком;
 несомненным удобством является запись на пейджер списка очередных
дел или очередных покупок;
 появляется возможность использования пейджера в качестве
надежного будильника.
Пейджер полезен для ведения бизнеса абонента, так как он предоставляет
возможности:
 оперативно получить важную информацию, которая позволит принять
верное решение;
 контактов с клиентами и партнерами в любое время и в любом месте;
 своевременного получения сообщения об отмене или переносе деловой
встречи и т. д.
§ 3. Сотовая связь.
Основным принципом, на котором базируется работа сотовой связи,
является повторное использование частот в несмежных сотах. Базовые станции,
на которых допускается повторное использование выделенного набора частот,
удалены друг от друга на расстояние, называемое защитным интервалом. Именно
возможность повторного применения одних и тех же частот определяет высокую
81
эффективность использования частотного спектра в сотовых системах связи.
Каждая из сот обслуживается своим передатчиком с невысокой выходной
мощностью и ограниченным количеством каналов связи. Это позволяет без помех
повторно использовать частоты каналов этого передатчика в другой, удаленной на
значительное расстояние соте.
Теоретически такие передатчики можно использовать и в соседних сотах. Но
на практике зоны обслуживания могут перекрываться под действием различных
факторов, например вследствие изменения условий распространения радиоволн.
Поэтому в соседних сотах используются различные частоты. Группа сот с
различными наборами частот называется кластером. Определяющим параметром
кластера является размерность — количество используемых в соседних сотах
частот. На практике это значение может достигать 15.
Смежные базовые станции, использующие различные частотные каналы,
образуют группу из С-станций. Если каждой базовой станции выделяется набор
из m каналов с шириной полосы Fg каждого, то общая ширина полосы F,
занимаемая данной системой сотовой связи, составит FC= FKm С.
Таким образом, величина С определяет минимально возможное количество
каналов в системе, и поэтому ее называют частотным параметром системы, или
коэффициентом повторения частот. Коэффициент С не зависит от количества
используемых каналов и увеличивается по мере уменьшения радиуса ячейки.
Таким образом, при использовании сот меньших размеров можно увеличить
повторяемость частот.
Применение
шестиугольных сот позволяет минимизировать ширину
используемой полосы частот, и шестиугольная форма наилучшим образом
вписывается в круговую диаграмму направленности антенны базовой станции,
установленной в центре соты. Эффективным способом снижения уровня помех
может быть использование секторных антенн с узкими диаграммами
направленности. В секторе такой узко направленной антенны сигнала излучается
преимущественно в одну сторону, а уровень излучения в противоположном
направлении сокращается до минимума. Деление сот на секторы позволяет чаще
применять частоты в сотах повторно.
Каждая из сот обслуживается многоканальным приемо-передатчиком,
который называется главной станцией и служит своеобразным интерфейсом
между сотовым телефоном и центре, коммутации подвижной связи, где роль
проводов обычной телефонной сети выполняют радиоволны. Количество каналов
базовой станции обычно кратно 8, например 8, 16, 32... Один из каналов является
управляющим (controlchannet). В некоторых ситуациях он может называться
также каналом вызова (calling channel). На нем происходит непосредственное
установление соединения при вызове подвижного абонента сети, а сам говор
начинается только после того, как будет найден свободный в данный момент
канал и произойдет переключение него. Все эти процессы происходят очень
быстро и потому незаметно для абонента. Он лишь набирает нужный ему
телефонный номер и разговаривает как по обычному телефону.
82
Любой из каналов сотовой связи использует при работе пар частот для
дуплексной связи, то есть частоты базовой и подвижной станций разнесены. Это
делается для того, чтобы улучшить фильтрацию сигналов и исключить взаимное
влияние передатчика на приемник одного и того же устройства при их
одновременной работе.
Базовые станции соединены с центром коммутаций (коммутатором MSC)
подвижной связи по выделенным проводным или радиорелейным каналам связи.
MSC — это автоматическая телефонная станция системы сотовой связи,
обеспечивающая все функции управления сетью. Она осуществляет постоянное
слежение за подвижными станциями; организует их эстафетную передачу, в
процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной
станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении
помех или неисправностей; производит соединение подвижного абонента с тем,
кто ему необходим в обычной телефонной сети, и др.
Система сотовой связи работает по следующему алгоритму:
• режим ожидания (состояние "трубка положена" обычного телефона);
• набор номера — радиотелефон занимает один из свободных каналов,
уровень сигнала базовой станции в котором в данный момент максимален;
• для вызова соответствующего абонента всеми базовыми станциями по
управляющим каналам передается сигнал вызова;
• сотовый телефон вызываемого абонента при получении этого сигнала
отвечает по одному из свободных каналов управления;
• базовые станции, принявшие ответный сигнал, передают информацию о его
параметрах в центр коммутации, который переключает разговор на ту базовую
станцию, где зафиксирован
максимальный уровень сигнала сотового радиотелефона вызываемого
абонента — происходит начало разговора;
• в случае если один (оба) абонента находятся в движении, при их удалении
от базовой станции происходит автоматическое переключение на другой канал;
• специальная процедура, называемая передачей управления вызовом, или
эстафетной передачей (handover или handoff), позволяет переключить разговор на
свободный канал другой базовой станции, в зоне действия которой оказался в это
время абонент.
Роуминг (от англ, roam — скитаться, блуждать) — одна из важных услуг
сети сотовой связи, предоставляющая возможность использования одного и того
же радиотелефона при по. ездке в другой город, область или страну. В этом
случае сотовая сеть позволяет не только самому абоненту звонить из другого
города или страны, но и получать звонки от тех, кто не ус« пел застать его дома.
Для организации роуминга сотовые сети должны быть одного стандарта
(телефон стандарта GSM н| будет работать в сети стандарта CDMA и т. п.), а
центры ком! мутации подвижной связи этого стандарта должны быть со|
единены специальными каналами связи для обмена данными местонахождении
абонента. Для обеспечения роуминга необходимо выполнение трех условий:
• наличие в требуемых регионах сотовых систем стандарта, ее
83
вместимого со стандартом компании, у которой был приобретен
радиотелефон;
• наличие соответствующих организационных и экономических
соглашений о роуминговом обслуживании абонентов;
• наличие между системами каналов связи, обеспечивающих передачу
звуковой и другой информации для роуминговых абонентов.
При перемещении абонента в другую сеть, ее центр коммутации
запрашивает информацию в первоначальной сети и наличии подтверждения
полномочий абонента регистрирует его. Данные о местоположении абонента
постоянно обновляются в центре коммутации первоначальной сети, и все
поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в сеть, где в
данный момент находится абонент.
При организации роуминга недостаточно провести только технические
мероприятия по соединению различных сетей ее вой связи. Очень важно
еще решить проблему взаиморасчетета между операторами этих сетей.
Перспективы развития услуг роуминга зависят от распространения
стандартов, но наиболее предпочтительным стандарте на сегодняшний день
является стандарт GSM.
Требования к единой системе мобильной связи сформулированы в рамках
программы IMT-2000 (International Mobile Telecommunications).В названии число
2000 указывает значение частоты (2 ГГц). Единая мобильная система IMT-2000
должна обеспечивать:
• высокую скорость передачи данных как внутри помещений, так и на
открытой местности;
• симметричную и асимметричную передачи данных;
• поддержку канальной и пакетной коммутации для обеспечения таких
сервисов, как IP (Internet Protocol, межсетевой протокол) и передача
видеоизображений (Real Time Video);
• высокое качество голоса, не уступающее качеству, достижимому при
передаче по проводной линии;
• большую компактность спектра и его более эффективное использование;
• возможность глобального роуминга.
Программа IMT-2000 должна обеспечить следующую скорость связи.
• до 2,048 Мбит/с при низкой мобильности (скорость менее 3 км/ч) и
локальной зоне покрытия;
• до 144 Кбит/с при высокой мобильности (до 120 км/ч) и широкой зоне
покрытия;
• до 64 (или 144) Кбит/с при глобальном покрытии (спутниковая связь).
Архитектура IMT-2000 включает два основных элемента:
• сетевую инфраструктуру (Access Network);
• магистральные базовые сети (Core Network).
Такая архитектура обеспечивает возможность наращивания инфраструктуры
путем последовательной
модификации ее составных элементов. Чтобы
84
гарантировать работу сетей в долгосрочной перспективе, необходимо помнить об
абонентской части архитектуры — терминалах, которые за счет изменяемой
конфигурации должны удовлетворять требованиям многих стандартов.
Благодаря
IMT-2000
возможна
передача
видеоизображений
и
мультимедийных данных в режиме реального времени, что позволяет создать
эффект присутствия для абонента, находящегося на большом удалении от места
событий. Появятся сотовые телефоны с "электронным компасом", позволяющие
определять местоположение пользователя. Но наибольших успехов следует
ожидать в области электронной коммерции. Будет значительно расширен объем
банковских услуг, получаемых непосредственно с помощью мобильного
телефона. В число данных банковских услуг войдут:
• платные информационно-справочные услуги;
• различные виды электронных платежей (оплата авиабилетов, парковок);
• различные виды банковских операций с портативных или мобильных
сотовых телефонов, что фактически превратит их в "карманные банкоматы".
В настоящее время в России используются пять основных стандартов
систем сотовой радиосвязи:
• аналоговые стандарты (NMT-450 и AMPS);
• цифровые стандарты (GSM, D-AMPS и.CDMA).
Данные стандарты нашли широкое применение во многих странах мира,
особенно в европейских:.
• в 1991 г. были открыты первые системы сотовой радиосвязи, в которых
использовался аналоговый стандарт NMT-450;
• с апреля 1995 г. в некоторых сетях сотовой связи применяется код
идентификации пользователя (SIS), который позволяет точно определить
номер радиотелефона пользователя и исключить несанкционированное
подключение к системе;
• в июне 1994 г. в России началась коммерческая эксплуатация сотовых сетей
связи на основе аналогового стандарта AMPS, который обеспечивает роуминг с
другими сетями этого стандарта;
• в январе 1996 г. в России началась коммерческая эксплуатация сети сотовой
связи, использующей цифровой стандарт GSM. Впервые был обеспечен
автоматический роуминг абонентов России со многими странами Европы;
• в феврале 1996 г. Министерство связи РФ дало разрешение на применение
цифровых стандартов D-AMPS и CDMA. Наиболее перспективным является
стандарт CDMA, который основан на технологии шумоподобных сигналов с
кодовым разделением каналов. Он предполагает увеличение количества
абонентов в 10 раз по сравнению с аналоговым стандартом AMPS и в 3 раза — с
цифровым стандартом D-AMPS.
Начало внедрения систем персонального радиовызова в нашей стране
относится к 1980 г., когда в Москве в период летних Олимпийских игр стала
использоваться первая пейджинговая сеть на основе оборудования фирмы MultiTone (Великобритания).
Второй этап развития этих систем в России начался в 1993 г. Тогда в
85
нескольких больших городах были созданы пейджинговые компании. В качестве
абонентского оборудования они использовали англоязычные пейджеры.
С 1994 г. в пейджинговых сетях стали применять русифицированные
пейджеры. В большинстве российских пейджингов систем используется
международный стандарт POGSAC. Отдельное направление развития систем
персонального радиовызова связано с уплотнением сигналов в УКВ-диапазоне
радиовещания на основе пейджингового стандарта RDS. В 1995 г. подписано
первое международное соглашение о роуминге для абонентов сетей стандарта
ERMES между операторами России и европейских стран. В некоторых
пейджинговых; сетях внедрен высокоскоростной стандарт FLEX, который
позволяет значительно увеличить количество одновременно обсслуживаемых
абонентов.
Применение стандартов ERMES и FLEX позволяет создавать не только
региональные, но и федеральные сети, в которых осуществляется национальный и
международный роуминг
Дополнительные функции и технологии сотовой связи
1. WAP (Wireless Application Protocol) — протокол беспроводных
приложений — является первым практическим шагом на пути объединения
сотовой связи и глобальных компьютерных сетей, первой попыткой создать
открытый стандарт для беспроводной передачи данных вне зависимости от
поставщика как телефона, так и услуг и способа связи.
WAP предназначен для беспроводного (через сотовый телефон) доступа, как
правило, к специальным WAP-сайтам в Internet. WAP — это стандартизованный
способ связи мобильного радиотелефона и сервера.
Данный протокол разрабатывался прежде всего для доступа с самого
мобильного телефона посредством встроенного (в программное обеспечение
телефона или SIM-карту) броузера (browser).
Отличие данного стандарта в его открытости и в том, что он учитывает (в
отличие от традиционных протоколов типа HTTP) особенности устройства
сотовых телефонов и PDA, а также беспроводного доступа, то есть:
• малый объем памяти устройства;
• малый размер экрана дисплея телефона, а также ограниченность его
клавиатуры;
• низкую скорость процессора;
• низкую пропускную способность канала связи;
• возможные большие паузы.
Работа сотового WAP-телефона в Internet принципиально ничем не
отличается от работы простого броузера с простым сервером, лишь
дополнительно к стандартной связи по TCP/IP-протоколу добавляется
маршрутизатор WAP- Gateway, задачей которого является перевод запросов
WAP-телефона в стандартную HTTP-форму.
Технология WAP имеет следующие недостатки.
• сложность
настройки:
необходимо
сконфигурировать
около 20
86
параметров, для того чтобы были доступны все WAP-услуги;
• отсутствие оптимизации для работы с предыдущими надстройками GSM;
• не полная завершенность стандарта;
• наличие в мире ограниченного числа WAP-ресурсов, особенно |на русском
языке;
• дорогая стоимость WAP;
• недостаточная скорость передачи информации.
Наиболее полезны и удобны услуги WAP, связанные с доступом к
электронной почте. Благодаря им можно в любой момент просмотреть свежую
корреспонденцию на дисплее сотового телефона. В последнее время такая услуга
появилась у крупнейших бесплатных почтовых серверов.
Один из основных недостатков WAP — низкая скорость передачи,
информации (9,6 Кбит/с) — может быть устранен при передаче мультимедийной
информации при помощи стандарта GPRS", (General Packet Radio Service),
который позволяет увеличить эту скорость до 115,2 Кбит/с и более.
Система GPRS имеет следующие достоинства:
• обеспечивает мобильных пользователей высокой скорость передачи
данных;
• оптимально приспособлена для прерывистого трафика, характерного для
сетей Internet/Intranet;
• обеспечивает пакетную коммутацию на всем протяжении канала связи,
существенно оптимизируя услуги передачи данных в сетях стандарта GSM;
• обеспечивает практически мгновенное установление соединения;
• использует сетевые ресурсы и занимает участок частотного диапазона
только в моменты фактической передачи данных, что гарантирует чрезвычайно
эффективное использование доступной полосы частот и позволяет делить один
радиоканал между несколькими пользователями;
• поддерживает все самые распространенные протоколы передачи данных в
сети, в частности Internet-протокол IP, что позволяет абонентам сети
подключаться к любому источнику информации в мире.
2.
Служба коротких сообщений SMS (Short Message Service)
представляет собой технологию, которая позволяет принимать и отправлять
короткие текстовые сообщения.1
Можно отправить сообщение абоненту,
который в данный момент занят разговором, поскольку сообщение идет не по
основному разговорному каналу, а по служебным сигнальным каналам.
С помощью услуги о подтверждении доставки SMS-сообщения можно
определить момент выхода абонента на связь. Наряду с этим, подписавшись на
рассылки курсов валют, погоды и т. д. (аналогично пейджеру), можно получать
самую свежую информацию.
Существует и расширенный вариант этого сервиса — Smart Messaging,
который позволяет кроме текстов передавать мелодии звонков, логотипы,
визитные карточки и т. д.
Одно из самых главных достоинств SMS — фиксированная цена одного
сообщения. При использовании SMS возможен роуминг. Вне домашней сети
87
отправка сообщения обойдется в сумму, которую требует местный оператор за
эту услугу. Адрес центра передачи сообщений не меняется. Важно помнить, что
при пользовании SMS за рубежом нужен активизированный международный
доступ.
В настоящее время используется новая концепция передачи данных —
служба передачи мультимедийной информации MMS (Multimedia Message
Service).
Посредством MMS пользователь может -передавать и получать не только
текстовые сообщения, но и графику, аудио- и видеофайлы.
3.
Bluetooth — это технология беспроводной связи на небольшие
расстояния, которая заменяет инфракрасные порты.3
В 1998 г. крупнейшие компании компьютерного и телекоммуникационного
рынка: Ericsson, IBM, Intel, Toshiba u Nokia — объединились для совместной
разработки технологии беспроводного соединения мобильных устройств.
В отличие от технологии инфракрасной связи IrDA (Infrared Direct Access),
работающей по принципу "точка-точка" в зоне прямой видимости, технология
Bluetooth разрабатывалась для \ работы как по принципу "точка-точка", так и в
качестве
многоточечного
радиоканала,
управляемого
многоуровневым
протоколом, похожим на протокол мобильной связи GSM. Основные
преимущества этой технологии.
• многоточечность, то есть в сети могут присутствовать не два устройства,
как в случае IrDA, а несколько;
• отсутствие необходимости в прямой видимости (используются
нелицензируемые частоты порядка 2,44 ГГц);
• дальность от 10 м в имеющихся реализациях до нескольких десятков метров
в перспективе (против 1-2 м для IrDA).
Основной идеей новой технологии является предоставление возможности
легкого и удобного беспроводного соединения различных устройств и
организации беспроводной локальной ceти. Технология позволяет пользователю
организовывать обмену информацией и голосом между всевозможными
устройствами, например настольным компьютером, переносным компьютером и
сотовым телефоном. Одними из немаловажных параметров новой технологии
Bluetooth являются низкая стоимость устройства связи и простота встраивания в
различные устройства.
Цифровые системы сотовой подвижной связи представляют собой
системы второго поколения.
По сравнению с аналоговыми, системами они:
• предоставляют абонентам больший набор услуг;
• обеспечивают повышенное качество связи;
• обеспечивают взаимодействие с цифровыми сетями, с интеграцией служб
(ISDN) и пакетной передачи данных (PDN). Среди цифровых систем сотовой
подвижной связи широкое распространение получили те, которые базируются на
стандартах.
88
• GSM (DCS 1800);
• D-AMPS (ADC);
• IDC;
• DECT;
• CDMA.
2. Система стандарта GSM рассчитана на использование в коммерческой
сфере.Она предоставляет пользователям широкий спектр услуг и возможность
применения разнообразного оборудования для:
• передачи речевых сообщений и данных;
• сигналов вызова и аварийных сигналов;
• подключения к телефонным сетям общего пользования, сетям передачи
данных и цифровым сетям с интеграцией служб.
При создании этого стандарта и сетей сотовой связи на его основе было
принято согласованное решение о поэтапном развитии услуг, предоставляемых
абонентам, в число услуг начального этапа входят:
• переадресация вызова (Call for warding);
• запрет вызова (Call barring);
• ожидание вызова (Call waiting);
•удержание вызова (Call holding);
• глобальный роуминг (Global roaming).
Переадресация вызова дает возможность перевода входящих вызовов на
другой телефонный номер в тех случаях, когда номер занят или абонент не
отвечает, когда телефон выключен или находится вне зоны обслуживания сети и
т. п. Кроме того, возможна переадресация факсов и компьютерных данных.
Запрет вызова позволяет наложить запрет на все входящие/исходящие звонки, на
исходящие международные звонки.
Ожидание вызова позволяет принять входящий вызов в тот момент, когда вы
с кем-то разговариваете. При этом первый абонент или по-прежнему будет
находиться на связи, или разговор с ним может быть завершен.
Удержание вызова позволяет, не разрывая связь с одним абонентом,
позвонить (или ответить на входящий вызов) другому абоненту.
Глобальный роуминг дает возможность при посещении любой из стран, с
которой ваш оператор подписал соответствующее соглашение, пользоваться
своим сотовым телефоном GSM без изменения номера.
По мере развития технологии сотовых сетей абонентам предлагались и
другие услуги. Второй этап развития GSM предоставил абонентам такие услуги,
как'.
• определение номера вызывающей линии (Calling Line Identification
Presentation):
• антиопределитель номера (Calling Line Identification Restriction);
• групповой вызов (Multi party);
• создание закрытой группы (Closed User Group);
• информация о стоимости разговора;
• совет по оплате (Advice of Charge);
89
• обслуживание дополнительной линии (Alternative Line Service);
• прием коротких текстовых сообщений (Short Message Service);
• система голосовых сообщений (Voice mail).
Определение номера вызывающей линии позволяет при входящем вызове
высвечивать на экране теледюна номер вызывающего абонента.
Антиопределитель номера позволяет запретить определение собственного
номера при соединении с другим абонентом. Групповой вызов позволяет
организовать режим телеконференции или конференц-связи, объединяя до пяти
абонентов в группу, и вести переговоры между всеми членами группы
одновременно.
Создание закрытой группы (до десяти абонентов) позволяет создавать группу
пользователей, члены которой могут связываться только между собой. Чаще всего
к этой услуге прибегают компании, предоставляющие терминалы своим
служащим для работы.
Информация о стоимости разговора основана на использовании таймера,
который определяет время занятости линии, и счетчика вызовов. Благодаря этой
услуге можно проверять оставшийся на счете кредит.
Совет по оплате позволяет по требованию пользователя производить
проверку стоимости и длительности разговора в то время, когда телефон
находится на связи. Обслуживание дополнительной линии дает возможность
пользователю приобрести два номера, которые будут приписаны к одному
телефону.В этом случае связь выполняется по двум линиям с предоставлением
двух счетов, двух голосовых ящиков и т. п. Прием коротких текстовых сообщений
(SMS) дает возможность приема и передачи текстовых сообщений до 160 знаков,
введенных на дисплей с помощью клавиатуры телефона. Система голосовых
сообщений позволяет автоматически переводить входящие звонки на
персональный автоответчик (голосовая почта). Пользоваться этим можно только в
том случае, если у абонента активирована услуга "Переадресация вызова". Среди
услуг третьего этапа развития сетей стандарта GSM можно выделить следующие:
• улучшенное программное обеспечение SIM-карты;
• улучшенное полноскоростное кодирование речи EFR (Enhanced Full Rate);
• возможность взаимодействия между системами стандартов GSM
и DECT;
• повышение скорости передачи данных за счет пакетной передачи данных
GPRS (General Packet Radio Service) или за счет системы передачи данных по
коммутируемым каналам HSCSD (High Speed Circuit Switched Data).
По сравнению с другими широко распространенными цифровыми
стандартами GSM обеспечивает:
• лучшие энергетические характеристики;
• более высокое качество связи;
• безопасность связи;
• конфиденциальность связи.
Стандарт GSM предоставляет своим пользователям ряд услуг. которые не
реализованы (или реализованы не полностью) в других стандартах сотовой связи,
90
а именно:
• использование интеллектуальных SIM-карт для обеспечения доступа к
каналу и услугам связи;
• шифрование передаваемых сообщений;
• закрытый от прослушивания радиоинтерфейс;
• аутентификация абонента и идентификация абонентского оборудования по
криптографическим алгоритмам;
• использование служб коротких сообщений, передаваемых по каналам
сигнализации;
• автоматический роуминг абонентов GSM в национальном и международном
масштабах;
• межсетевой роуминг абонентов GSM с абонентами сетей стандартов DCS
1800, PCS 1900, DECT, а также со спутниковыми сетями персональной
радиосвязи (Globalstar, Inmarsat-P, Indium).
Стандарт GSM цифровой общеевропейской сотовой системы наземной
подвижной связи предусматривает работу передатчиков в двух диапазонах частот:
• диапазон частот 890-915 МГц используется для передачи сообщений с
подвижной станции на базовую;
• диапазон частот 935-960 МГц — для передачи сообщений с базовой
станции на подвижную.
При переключении каналов во время сеанса связи разность между этими
частотами постоянна и равна 45 МГц. 3. Безопасность связи и защита информации
в стандарте GSM — исключение несанкционированного использования системы и
обеспечение секретности переговоров абонентов. Для выполнения требований
безопасности в стандарте GSM предусмотрены:
• аутентификация;
• секретность передачи данных;
• секретность абонента;
• секретность направления вызова.
Зашита сигналов управления и данных пользователя осуществляется только
при передаче по радиоканалу. В стандарте используется алгоритм шифрования с
открытым ключом RSA, который обеспечивает высокую степень безопасности
передачи речевых сообщений.
Для исключения несанкционированного использования ресурсов системы
связи в стандарт введены и определены механизмы аутентификации —
удостоверения личности абонента. Каждый абонент на время пользования
системой получает стандартный модуль подлинности абонента — SIM-карту.
которая содержит:
• международный идентификационный номер подвижного абонента TMSI;
• свой индивидуальный ключ аутентификации;
• алгоритм аутентификации.
Для исключения выявления абонента путем перехвата сообщений,
передаваемых по радиоканалу, каждому абоненту системы сотовой связи
присваивается временный международный идентификационный номер
91
пользователя — TMSI (Time Mobile Subsriber Identity), который действителен
только в пределах зоны обслуживания с идентификационным номером LAI
(Location Area Identification). В другой зоне обслуживания абоненту
присваивается новый TMSI. Если подвижная станция переходит в новую зону
обслуживания, то ее TMSI должен передаваться вместе с LAI той зоны, в которой
TMSI был присвоен абоненту. Стандарт сотовой подвижной связи D-AMPS был
разработан и принят к использованию в США. Необходимость его создания была
обусловлена тем, что национальная аналоговая сотовая система связи стандарта
AMPS перестала отвечать современным требованиям из-за:
• малой пропускной способности;
• недостаточного качества связи;
• ограниченного набора услуг;
• отсутствия засекречивания передаваемых сообщений и т. п.
Было принято решение о совместном использовании в одной полосе частот
систем двух стандартов: аналогового AMPS и цифрового D-AMPS, сохранив при
этом существовавший в аналоговой системе разнос частот между каналами,
равный 30 Кгц.
Система связи на основе этого стандарта получила название D-AMPS.
Стандарт D-AMPS не принят в европейских странах, за исключением России,
где он ориентирован на региональное использование.
Беспроводной телефон — удобный и достаточно широко распространенный
в настоящее время вид связи, удачно дополняющий сотовую связь при
ограниченной подвижности абонентов. Выпускаемые сегодня двухстандартные
сотовые телефоны (GSM/DECT} позволяют работать абоненту:
• как в системах стандарта DECT (в пределах дома или офиса);
• так
и
в
сотовых
сетях
стандарта
GSM
на
остальном
информационном пространстве.
Стандарт цифровой радиосвязи DECT (Digital European Cordless
Telecommunication) — цифровая европейская беспроводная электросвязь — был
опубликован в 1992 г. Европейским институтом телекоммуникационных
стандартов (ETSI).
Стандарт DECT обеспечивает мобильную телефонную связь, но с\
ограниченной подвижностью абонентов. Ограничения относятся как к дальности
(десятки-сотни метров), так и к скорости перемещения абонентов (скорость
пешехода). Стандарт базируется на цифровой передаче данных между базовыми
станциями и радиотелефонами по технологии множественного доступа с
временным разделением. Радиотелефон этого стандарта рассчитан на применение
внутри помещений, при малых расстояниях и при малых задержках сигналов и
малых разностях хода при многолучевом распространении, даже при весьма
сложных законах прохождения сигналов в зданиях.
Это предопределяет следующие основные параметры данного стандарта:
• сравнительно простая обработка сигналов при высоком качестве передачи
речи, не уступающем качеству проводного телефона;
• небольшая излучаемая мощность;
92
• динамическое распределение
каналов,
позволяющее рационально
использовать имеющийся частотный ресурс;
• дуплексная связь для передачи речи/данных в стандарте DECT образуется
за счет использования десяти несущих частот, технологии временного разделения
со множественным доступом (ТОМА) и временного дуплексирования (TDD).
Стандарт DEC имеет следующие технические характеристики:
• емкость (показатель, учитывающий напряженность абонентского трафика,
ширину используемого частотного диапазона и площадь покрытия) систем DECT
выше, чем у других цифровых систем мобильной связи и составляет 500
Эрланг/МГц/км2;
• рабочий спектр частот радиосигнала составляет 1880-1900 МГц. В этом
диапазоне расположены десять базовых несущих частот, на которых и работают
DECT-телефоны. Каждая частота занимает полосу шириной в 1,728 МГц;
• обмен информацией производится кадрами — с помощью временного
разделения в каждом кадре создаются 24 временных слота, обеспечивающих
несколько дуплексных каналов для приема/передачи сообщения. При
установлении соединения для разговора используются 2 из 24 временных слотов в
каждом кадре: один для передачи сообщения, другой для приема.
§ 4. Спутниковая связь.
На исходе XX века родилась еще одна чудо-технология — персональная
радиосвязь с любым абонентом, находящимся в любой точке нашей планеты. Эта
технология обеспечивается системами персональной спутниковой радиосвязи
(СПСР), использующими комплексы космических ретрансляторов и абонентских
радиотерминалов.
В последние годы все более актуальным становится вопрос о системах
глобальной персональной радиосвязи на основе применения спутников Земли.
Внедрение этих систем и их интеграция с наземными сетями подвижной связи
обеспечивает досягаемость абонентов в любой точке земного шара путем
простого набора телефонного номера. Спутниковые системы связи предоставляют
следующие виды услуг:
• радиотелефонная и факсимильная связь;
• передача больших массивов данных;
• организация персонального радиовызова;
• определение местоположения (координат) абонента;
• международный роуминг.
Варианты систем персональной спутниковой связи
В общем случае любая спутниковая система связи состоит из трех сегментов:
космического (группы космических спутников-ретрансляторов), наземного
(наземные станции обслуживания, станции сопряжения) и пользовательского
(терминалы, находящиеся у потребителя). И если для сотовой связи важным
параметром является высота подъема антенны базовой станции, то для систем
спутниковой связи то же значение имеет высота орбиты спутниковретрансляторов (СР).
93
В настоящее время все системы спутниковой связи по высоте орбиты
можно подразделить на:
 геостационарные орбиты (GEO — Geostationary Earth Orbit, спутникретранслятор как бы висит над одной точкой поверхности Земли): высота
орбиты 36 000 км; количество СР, необходимых для охвата всей территории
земного шара — 3, один спутник-ретранслятор перекрывает 34% земной
поверхности, временная задержка передачи сигнала составляет примерно 600
мс;
 средневысокие круговые или эллиптические орбиты (МЕО — Mean Eath
Orbit): высота орбиты в диапазоне от 5000 до 15 000 км, количество
необходимых СР — 8-12, зона перекрытия одним спутником — 25-28%,
временная задержка передачи сигнала — 250-400 мс;
 низкие круговые или близкие к круговым орбиты (LEO — Low Earth Orbit):
высота орбиты в диапазоне от 500 до 2000 км, количество необходимых СР
— 48-66; зона перекрытия одним спутником — 3-7%; временная задержка
передачи сигнала — 170-300 мс.
Первая широко известная система спутниковых телекоммуникаций с
мобильными абонентами «Инмарсат» (Inmarsat) и ей подобные обеспечивали
обслуживание по принципу «следование абонента за терминалом»:
радиотерминал с приемо-передающей аппаратурой и мощной антенной
устанавливался на подвижном объекте (автомобиле, поезде, корабле, самолете) и
абонент был привязан к этому объекту, следовал за ним. Радиотерминал через
спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите, получал связь с
радиотерминалами других абонентов.
Более поздние системы (Inmarsat 3, EMSS, MSAT, «Марафон») позволили
реализовать принцип «терминал следует за абонентом», поскольку при
использовании более эффективных узконаправленных антенн мощность сигнала в
локальных зонах обслуживания увеличилась и радиотерминал абонента стал
более портативным (в виде небольшого чемоданчика, «кейса» и т. п.).
Возможность дальнейшего увеличения мощности радиосигнала и
уменьшения размеров абонентских радиотерминалов обеспечивается путем
приближения спутников-ретрансляторов к абонентам, то есть переводом их с
геостационарных на более низкие орбиты LEO и МЕО, но при этом для охвата той
же территории приходится использовать большее количество СР. Имеется
определенная аналогия СПРС с системами сотовой телефонии — зоны обзора
земной поверхности многолучевыми антеннами СР формируют сотовую
(макросотовую) структуру покрытия зоны обслуживания.
Низкие орбиты уже давно рассматривались как основа для организации
систем спутниковой связи, но их использование тормозилось определенной
инерцией мышления, настроенного на то, что спутник-ретранслятор должен быть
виден долго и непрерывно, а лучше всего быть неподвижным для наблюдателя (то
есть находиться на геостационарной орбите).
И только в последние годы появился ряд систем спутниковой связи,
использующих низкие орбиты и более портативные абонентские радиотерминалы,
94
вплоть до карманных радиотелефонных трубок.
В настоящее время имеется уже несколько десятков различных СПРС,
характеристики некоторых из них приведены в табл. 3.
Таблица 3.
Основные характеристики некоторых СПРС
Тип
СР
Класс Число Высота
СР
СР
орбиты,
км
Масса Диапазончастот, ГГц Скорость
СР, кг Прием
Передача передачи,
Кбит/с
«Орбита»
GEO
«Горизонт»
«Экспресс»
«Горизонт» GEO
8
2
36000
2200
2500
5,98-6,28 3,65-3,95
9,6
2
36000
2200
5,88-6,38 3,55-4,05
9,6-64
«Ямал-100» GEO
3
36000
1300
3,46-3,79 5,76-6,12
9,6
1,6161,625
6-7
1,6161,625
6-7
9,6
ICO
Odissey
МЕО
МЕО
10
12
10300
10400
2500
Iridium
LEO
66
780
700
Globalstar
LEO
48
1414
426
«Гонец»
LEO
45
1400
250
0,3120,315
0,3870,390
2,4-19,2
«Сигнал»
LEO
48
1500
310
0,3-0,4
1,5-1,6
9,6
9,6
Наиболее популярными российскими системами спутниковой связи являются
"Глобалсат", "Гонец", "Каскон", "Курьер", "Паллада", "Сигнал", "Банкир", "Ямал",
"Урал" и др.
Помимо
развития
отечественных
спутниковых
систем
связи,
предусматривается дальнейшая эксплуатация международной системы Inmarsat,
так как Россия является полноправным ее членом.
Для растущего российского рынка телекоммуникационных услуг важной
задачей является активное использование спутниковых систем с целью
обеспечения жизнедеятельности в отдаленных районах страны с неразвитой
инфраструктурой связи. Передача всех видов информации в спутниковых
системах связи ведется с высокой скоростью в цифровом виде при помощи
широкополосных сигналов.
Выделяются следующие основные этапы развития спутниковой связи:
• середина 1960-х гг. — запуск первых спутников связи; начало
коммерческого использования спутников-ретрансляторов для многоканальной
связи, передачи телепрограмм и т. п.;
95
• 1970-е
гг.
—
создание систем подвижной спутниковой связи,
спутникового телевещания коллективного пользования;
• 1980-е гг. — зарождение технологии VSAT (Very Small Aperture Terminal)
— технологии малых спутниковых терминалов, устанавливаемых прямо у
пользователей, а также непосредственного спутникового телевизионного
вещания;
• конец
1990-х гг. — начало массовой эксплуатации глобальных
спутниковых систем связи;
• начало XXI в. — внедрение малых спутниковых телефонных аппаратов,
совместимых со стандартами сотовых сетей (что позволяет охватить
бесперебойной связью всю планету).
Спутниковая связь не имеет ограничений по привязке к конкретной
местности Земли. Это делает ее потенциально самым перспективным видом связи,
который
может
качественно
изменить
всю
мировую
индустрию
телекоммуникаций.
2. В зависимости от вида предоставляемых услуг системы спутниковой связи
можно разделить на три основных класса:
• системы пакетной передачи данных (телексных и факсимильных
сообщений, компьютерных данных, доставки циркулярных сообщений,
автоматизированного сбора данных о состоянии различных объектов, в том числе
транспортных средств, и т. д.);
• системы радиотелефонной связи (международные стандарты требуют
непрерывности связи в режиме реального времени, осуществляемой в цифровом
виде, с условием задержки сигнала не более чем на 0,3 сек.);
• системы для определения местоположения (координат) потребителей (чаще
всего используется во всех видах навигации; одной из лучших спутниковых
систем считается ГЛОНАСС/НАВСТАР).
Развитию систем спутниковой связи способствуют следующие достижения
науки:
• микроминиатюризация функциональных узлов
коммуникационного
оборудования;
• создание мощных солнечных батарей небольших размеров (с помощью
применения арсенида галлия и фосфида индия);
• уменьшение массы спутников (благодаря внедрению различных
композиционных материалов);
• разработка бортовых компьютеров на специализированных БИС (больших
интегральных схемах), что обеспечивает высокоскоростную коммутацию при
ретрансляции информационных потоков;
• применение методов многостанционного доступа с кодовым разделением
каналов (CDMA), который основан на использовании широкополосных сложных
сигналов.
Большинство существующих спутниковых систем связи имеют
геостационарные спутниковые группировки, что легко объяснимо: небольшое
количество спутников, охват всей поверхности Земли. Однако большая задержка
96
сигнала делает их применимыми, как правило, только для радио- и телевещания.
Для систем радиотелефонной связи большая задержка сигнала крайне
нежелательна, так как приводит к плохому качеству связи и повышению
стоимости обслуживания.
Низкоорбитальные СПРС Iridium имеет 66 спутников-ретрансляторов (5 мая
1997 года запущены первые пять из них) на орбитах высотой 780 км, a Globstar —
48 на высоте 1400 км. Такое количество СР необходимо для поддержания
непрерывного канала связи, предоставляемого любому абоненту на территории
земного шара, поскольку каждый из низкоскоростных спутников-ретрансляторов
находится в зоне видимости абонентского радиотелефона всего несколько минут
за время каждого оборота спутника на орбите. Благодаря движению спутников
друг за другом, их расположению в разных орбитальных плоскостях и
автоматическому переключению связи с одного СР на другой, гарантируется
полное перекрытие поверхности планеты зонами обзора и непрерывная связь с
абонентом. Число обеспечиваемых системами каналов связи достигает 60 00070 000.
2.
Системы связи типа Trank, основные характеристики и
возможности. Перспективы развития.
Транкинговая связь — наиболее оперативный вид двухсторонней
мобильной связи, максимально эффективной для координации подвижных групп
абонентов. Транкинговые системы связи менее интересны для индивидуальных
пользователей (связь между ними остается прерогативой сотовых
радиотелефонных систем); они более перспективны и эффективны для
корпоративных организаций, для групповых пользователей — для мгновенной
связи между группами пользователей, объединившимися по организационному
признаку или просто по интересам. Часто трафик (передача информации)
замыкается в основном внутри транкинговых систем, и выход абонентов в
телефонные сети общего пользования хотя и возможен, но предполагается только
в исключительных случаях.
Но в принципе работа транкинговых систем возможна и в локальном
(однозоновом, корпоративном), и в сетевом (многозоновом, обслуживающем
индивидуальных пользователей) вариантах.
Изначальные (на том этапе принципиальные) отличия транкинга от сотовой
связи заключались в том, что сотовые системы в основе своей предназначены для
предоставления услуг равноподчиненным, независимым абонентам с ориентацией
на информационное взаимодействие по горизонтали при минимуме
регламентации и ограничений на услуги связи. Транкинговая связь возникла на
другой основе - она предназначена для предоставления коммуникационных
услуг деятельностным группам пользователей с выраженной иерархией
подчиненности, т. е. с информационным взаимодействие по вертикали
подчиненности.
Набор базовых услуг в вертикали информационного взаимодействия
97
специфичен и в достаточно полном перечислении включает:
 категории абонентов по подчиненности;
 приоритеты по предоставлению услуг, включая срочные;
 широковещательные сообщения, в том числе в чрезвычайных
обстоятельствах;
 групповые
соединения,
включая
селекторные,
циркулярные
(конференцсвязь);
 участие диспетчера в организации информационного взаимодействия;
 разделение трафика в личных целях и на выполнение работ;
 регламентация связности абонентов по схеме информационного
взаимодействия;
 различного рода ограничения по занятию трафик-канала (ТК);
 возможность выхода на прямую радиосвязь, минуя БС, и т. п.
Следствием
категорирования,
приоритетности,
регламентации
и
ограничений является перераспределение трафика. Доминирующим является
внутренний трафик системы, в том числе по укороченным абонентским номерам
быстрым
соединением
абонентов.
Только
незначительная
часть
высококатегорийных абонентов имеет выход в телефонную сеть общего
пользования. Остальные довольствуются внутренним (фактически служебным)
трафиком. Вследствие этого расчетная величина нагрузки в нормальной
транкинговой системе на одного абонента на порядок ниже, чем в сотовой. Так,
на один канал в сотовых системах статистически приходится в среднем 20...25
абонентов, транкинговых — не менее 200...250.
Система транкинговой связи (trunk — ствол, магистраль) включает в себя
базовую станцию (иногда несколько) с ретрансляторами и абонентские
радиостанции (транковые радиотелефоны) с телескопическими антеннами.
Базовая станция связана с телефонной линией и сопряжена с ретранслятором с
большим радиусом действия — до 50-100 км. Транковые радиотелефоны
исключительно надежны, компактны и выполняются в нескольких вариантах:
 переносном — радиус действия 20-35 км, вес 300-500 г;
 перевозимом — радиус действия 35-70 км, вес около 1 кг;
 стационарном — радиус действия 50-120 км, вес обычно больше 1 кг.
Усредненные возможности транкинговой связи по охвату территории
показаны на рис. 1.
Вообще говоря, для транкинговых систем характерно оборудование,
выполненное с использованием высоких технологий, поддерживаемое хорошим
сервисом как для абонента, так и для оператора сети, оборудование,
обеспечивающее
полноценную
дуплексную
или
полудуплексную
радиотелефонную связь с подвижными объектами, работу в аналоговом и
цифровом режимах. При помощи транкинга малое число радиоканалов
динамически распределяется между большим числом пользователей. На один
канал приходится до 50 и более абонентов; поскольку абоненты не очень
интенсивно используют телефон, а базовая станция работает в режиме
концентратора (то есть распределяет все радиоканалы только между
98
обратившимися к ней абонентами), вероятность ситуации «занято» не велика
(существенно меньше, чем при жестком прикреплении даже нескольких
абонентов к одному каналу).
Рис. 1. Возможности транкинговой связи по охвату территории
Радиотелефоны могут работать как в системе, находясь в зоне действия
базовой (базовых) станции и через нее связываясь с любым абонентом
телефонной сети (в том числе и с транкинговым абонентом), так и индивидуально
друг с другом, находясь как внутри, так и вне зоны базовых радиостанций. В
первом случае непосредственная связь абонентов обеспечит большую
оперативность соединения (время соединения обычно не превышает 0,3-0,5 с).
Возможность непосредственной связи абонентов без участия базовой станции —
основное, глобальное отличие транкинговых систем от сотовых.
Стандарты транкинговой связи можно разделить на два поколения:
 аналоговые транкинговые стандарты — Smart Trunk, MPT 1327, LTR,
SmartNet и т. д.;
 цифровые транкинговые стандарты — TETRA, APCO 25, EDACS,
iDEN, Tetrapol и т. д.
В России в основном применяются аналоговые транкинговые системы,
цифровые системы единичны и многие из них проходят лишь опытную
эксплуатацию.
Аналоговый стандарт Smart Trunk II
Весьма популярная в России система Smart Trunk II, впервые представленная
в 1992 году и являющаяся развитием известной во всем мире системы Smart
Trunk, первоначально разрабатывалась как однозоновая (локальная) недорогая
система для широкого применения. Сейчас системы Smart Trunk II используются
99
и в локальном, и в сетевом режимах.
Сетевой вариант работы предусматривает наличие нескольких базовых
станций и/или ретрансляторов, размещенных не обязательно близко для
перекрытия компактной территории, а в соответствии с топологией
обслуживаемых регионов. Возможным вариантом является, например, установка
одного или нескольких ретрансляторов в районе города, где расположен
центральный офис фирмы и где плотность абонентов высока, и отдельных
ретрансляторов в зонах, где расположены филиалы фирмы, в районах зон отдыха
и дачных участков сотрудников фирмы и т. п.
Распределенная сетевая транкинговая связь обеспечивает автоматическую
перерегистрацию абонента при переходе из одной зоны базовой станции в другую
(роуминг) и автоматическую переадресацию поступившего вызова к абоненту,
перешедшему в другую зону (роутинг).
При организации связи может учитываться приоритетность абонентов,
обеспечивается защищенность связи (абоненты не могут вмешиваться в другие
разговоры и работать на уже занятых каналах). Каждый транковый радиотелефон
имеет свой уникальный идентифицирующий его номер, благодаря которому
исключается возможность несанкционированного доступа в сеть посторонних
абонентов. Для Smart Trunk II характерны следующие параметры:
 число каналов — до 16, каждый транковый канал может быть
подключен к одной или двум телефонным линиям;
 число абонентов — до 1100 (в новой версии контроллера ST-853 — до
4000 абонентов);
 абонентские радиотелефоны — дуплексные и полудуплексные,
каждому тран-ковому радиотелефону присваивается уникальный
четырехзначный номер и код для групповой связи;
 рабочие частоты — любые разрешенные в диапазонах 146-174, 453-467
и 824-960 МГц.
В сети обеспечиваются следующие основные варианты организации связи:
 абонент (в том числе и мобильный) — телефонная сеть — мобильный
абонент;
 мобильный абонент — мобильный абонент (по прямому радиоканалу);
 групповая связь;
 аварийные вызовы.
Сервисные возможности системы:
 организация 10 уровней приоритета доступа к радиотелефонным
каналам, что позволяет при занятости всех каналов более
приоритетным абонентам в экстренных случаях прерывать разговор
менее приоритетных абонентов и срочно выходить на связь;
 установление ограничений отдельным абонентам, в зависимости от
уровня их приоритета, по времени доступа к системе, по доступу в
городскую и междугородную телефонные линии;
 разделение абонентов на группы и работа внутри и вне групп в режиме
групповой связи на уровне руководителей групп или всех абонентов;
100
 оперативное ограничение доступа отдельных абонентов к системе,
например при утере радиотелефона его индивидуальный номер может
блокироваться;
 организация и использование приоритетного дежурного канала для
передачи экстренных и особо важных сообщений;
 защита от прослушивания разговоров посторонними посредством
установки
в
транковые
радиотелефоны
включаемого
при
необходимости маскиратора (скремблера);
 оперативный учет времени все» видов разговоров, что весьма удобно
при расчетах оплаты разным абонентам и организациям за пользование
транкинговой связью.
Рассмотрим работу абонентов в некоторых режимах более подробно.
Соединение «мобильный абонент — телефон»
Для выхода в телефонную сеть следует набрать на клавиатуре транкового
радиотелефона номер телефона (до 14 цифр) и нажать кнопку режима 1* или 2*
для доступа к АТС по 1-й или 2-й телефонной линии. Контроллер радиотелефона
сканирует диапазон рабочих частот, находит свободный канал и подключает
радиотелефон к базовой станции. После соединения возможен тональный донабор
номера, например для доступа к добавочным номерам офисной АТС или
управления автоответчиком вашего телефона.
Радиотелефон при этом передает в цифровом виде код подключения
зарегистрированного пользователя; затем он обратится к телефонной линии 1 или
2 и передаст код номера вызываемого телефона. Если посылка содержала только
код номера телефонной линии (1 или 2), то в транковом аппарате раздастся
обычный телефонный гудок, и у абонента будет еще 8 секунд для того, чтобы
начать набор номера вызываемого телефона, прежде чем произойдет
автоматическое разъединение. Контроллер транкового радиотелефона может быть
запрограммирован:
 на импульсный или тональный набор кода номера телефона; цифры,
набранные мобильным абонентом, преобразуются в импульсный или
тональный набор в зависимости от настроек контроллера;
 на ожидание гудка от телефонной линии перед набором номера, что
нужно, например, при работе с офисными АТС, требующими донабора
для выхода в городскую телефонную линию;
 на блокировку набора определенных сочетаний цифр в телефонных
номерах, что может обеспечить, например, запрет набора
международных номеров.
Все варианты программирования контроллера транкового аппарата
распространяются, естественно, только на один этот аппарат.
Окончание сеанса связи мобильного абонента с телефонной линией
происходит при приеме кода разъединения от мобильного радиотелефона.
Соединение «телефон — мобильный абонент»
Для вызова мобильного транкингового абонента с городского телефона
необходимо набрать один из телефонных номеров системы Smart Trunk и после
101
ответа контроллера базовой станции в виде двух коротких гудков набрать
добавочный номер нужного мобильного абонента. Добавочный номер может быть
введен как в импульсном, так и в тональном режимах с любого телефонного
аппарата.
Инициатор разговора после ответа контроллера имеет 6 секунд до начала
набора номера мобильного абонента. Если набран номер несуществующего
абонента, то раздается сигнал «занято». При получении правильного номера
контроллер базовой станции сканирует диапазон рабочих частот, находит
свободный канал и по нему начинает вызов мобильного абонента. Транковые
радиотелефоны постоянно находятся в дежурном режиме на приеме служебного
сигнала вызова. После ответа вызываемого аппарата формируется код
подключения, и обоим абонентам выдается сигнал, подтверждающий, что
соединение состоялось. Окончание сеанса связи происходит при получении кода
разъединения от мобильного абонента.
Соединение «мобильный абонент — мобильный абонент»
Для вызова мобильного абонента нужно набрать на клавиатуре транкового
радиотелефона номер вызываемого абонента и нажать кнопку режима 3*. Если
была нажата только кнопка режима, раздастся гудок, и вызывающему абоненту
дается 6 секунд для начала набора номера вызываемого абонента. Вызов абонента
производится по радиоканалу, без использования телефонных линий.
После набора правильного номера контроллер вызывающего аппарата начнет
сканирование диапазона рабочих частот, найдет свободный канал, включит
радиопередатчик и по этому радиоканалу пошлет сигнал вызываемому абоненту.
После ответа последнего формируется код подключения, и оба абонента слышат
звуковой сигнал, извещающий об установлении сеанса связи. Окончание сеанса
связи происходит при приеме кода разъединения от любого абонента.
Групповые режимы связи
Некоторое число мобильных абонентов можно объединить в группу и
присвоить им уникальный групповой номер. По этому номеру можно вызывать
сразу всех абонентов сформированной группы. Правила вызова точно такие же,
что и при вызове индивидуального абонента. Таким образом реализуется:
 «конференц-связь» между многими абонентами сразу;
 «циркулярная связь» одного абонента сразу со многими абонентами.
Аварийные вызовы
Срочный вызов оператора системы на базовой станции осуществляется
нажатием кнопки режимов 9*. В случае бедствия или опасности можно
автоматически передать заранее запрограммированный аварийный телефонный
номер нажатием кнопки режимов 0*. Если при попытке набрать аварийный номер
все каналы будут заняты, то контроллер прервет один из разговоров для
прохождения аварийного звонка.
Транковый радиотелефон можно перевести в режим обычной радиостанции
для работы вне зоны обслуживания транкинговой системы. Например, если два
автомобиля, оборудованные транковыми радиотелефонами, отправлены в
командировку, то при выезде из зоны обслуживания транкинговой системы
102
радиотелефоны переключаются из транкового режима в обычный, и автомобили
могут поддерживать между собой оперативную связь в пути.
Системы Smart Trunk II обычно создаются как корпоративные системы: они
ориентированы на конкретного пользователя, рассчитываются и строятся
специализированной фирмой (например АО «Т-Хелпер») под конкретную
проблему. Такой подход позволяет максимально экономить средства — не
приобретается ничего лишнего, и время — оперативно создается действующая
система. В зависимости от текущих финансовых возможностей и потребностей в
услугах связи, можно построить систему в сокращенной конфигурации, а затем
развивать ее дальше. Примеры транковых радиотелефонов:
носимые: Alinco DJ-195 (40 подканалов, габариты 124x56x40 мм, вес 350 г),
Icom IC-F4 (32 подканала, габариты 140x57x37 мм, вес 390 г);
возимые: Alinco DR-135 (100 подканалов, габариты 174x142x40 мм, вес 860
г), Icon IC-F410 (32 подканала, габариты 175x137x40 мм, вес 2100 г).
Аналоговый стандарт MPT 1327
Не менее популярным является и транкинговый стандарт МРТ 1327,
положенный в основу большинства европейских транкинговых систем. Главное
достоинство этого протокола — доступность и открытость в плане
стандартизации, в частности, возможность внесения в него национальных
требований. Системы радиосвязи на основе этого протокола также имеют режимы
индивидуальных и групповых вызовов, выходов в телефонную сеть общего
пользования. Протокол обеспечивает независимость абонента от обслуживающей
его в данный момент базовой станции и автоматическую регистрацию абонента
на ближайшей к нему станции.
Принципиальным отличием стандарта МРТ 1327 от Smart Trunk является его
многозоновость (работа в сетевом варианте) и то, что его работой управляет
центральный компьютер, который может находиться в любом удобном для
оператора месте. Связь компьютера с базовыми станциями иногда осуществляется
по кабельным линиям связи.
В систему может входить до 10 базовых станций с 24 радиоканалами в
каждой из них; всего может обслуживаться до 1 млн радиоабонентов. Для
облегчения операций вызова абонентов все радиотелефоны, входящие в систему,
распределяются по разным группам связи, в пределах которых выполняется своя
автономная их адресация.
Основные функциональные возможности систем, использующих стандарт
МРТ 1327:
 малое время установления связи (не более 0,4 с при внутригрупповых и 1,0 с
при межгрупповых соединениях), достигаемое за счет отсутствия
сканирования частотного диапазона (установление связи управляется
компьютером);
 индивидуальный вызов любого абонента как с другого радиотелефона, так и
из городской телефонной сети;
 возможность выхода любого мобильного абонента в городскую телефонную
103
сеть;
 возможность группового вызова абонентов, входящих в группу связи;
 наличие приоритетной системы вызовов и экстренного (самого
приоритетного) вызова заранее запрограммированного абонента нажатием
одной кнопки на аппарате;
 возможность циркулярных сообщений (селекторных вызовов), при которых
все абоненты могут прослушивать только сообщение вызывающего
абонента; Q возможность переадресации входящих вызовов на другого
абонента;
 регистрация, индикация и запоминание радиотелефоном номеров
вызывающих абонентов;
 передача служебных цифровых сообщений по радиоканалам, в том числе и
от компьютера.
 Первоначально протокол МРТ 1327 был ориентирован на диапазон частот
174-225 МГц, однако сейчас выпускается аппаратура и для работы в
диапазонах 66-88, 136-174, 330-380 и 400-512 МГц.
Фирмой Motorola для работы в этом стандарте изготавливаются носимые
радиотелефоны (GP 1200) и возимые (GM 1200).
Цифровые стандарты
Цифровые стандарты у нас в стране только начинают развиваться, они
относятся к транкинговым стандартам 2-го поколения, обеспечивают более
оперативную и надежную связь, поддерживают множество сервисных услуг и
являются весьма перспективными.
Цифровой стандарт TETRA
Стандарт на цифровые транкинговые системы TETRA (TErrestrial Trunked
RAdio (до 1997 года аббревиатура раскрывалась как Trans-European Trunked
RAdio) разработан Европейским институтом телекоммуникационных стандартов
как единая европейская технология для специальных систем подвижной связи.
Стандарт выделяет на один канал полосу частот шириной 25 кГц и описывает
принцип временного мультиплексирования подканалов TDMA, позволяя вести по
каналу до четырех разговоров одновременно, что существенно экономит
частотный ресурс. Новый стандарт обеспечивает передачу как речи, так и данных
со скоростью до 28 Кбит/с и с повышенной степенью защищенности и
секретности. В стандарте заложены возможности индивидуального и группового
вызова абонентов, группового вызова с подтверждением и широковещательного
(«всем, кто меня слышит») режима. Поскольку протокол разрабатывался для
общеевропейских служб общественной безопасности, в нем предусмотрены:
гарантированный и быстрый доступ в систему, приоритетные вызовы,
повышенная секретность связи, прямая связь между абонентами. Широкие
возможности по передаче данных позволяют подключать к системе различные
виды терминального оборудования: портативные компьютеры, факсимильные
аппараты, принтеры и т. д. Среди дополнительных функциональных
104
возможностей TETRA следует отметить: вызов через диспетчера, приоритетный
вызов (в том числе с предварительным сбросом), удержание, регистрацию,
идентификацию,
переадресацию
вызова,
выборочное
прослушивание,
подключение к разговору, блокировку исходящих звонков. Особо следует
отметить возможность доступа абонентов стандарта TETRA в Интернет и к
интранет-сетям. Компания Nokia представила в 2000 году первый WAP-браузер
для систем этого стандарта, а также комплект клиент-серверных приложений для
доступа в режиме реального времени к базам данных, геоинформационным
системам, службам коротких сообщений SMS и ряду других ресурсов.
Стандарт TETRA может работать в широком диапазоне частот — от 60 до
1000 МГц. За службами безопасности закреплена полоса частот от 380 до 400
МГц, для коммерческих целей выделены диапазоны в районах 410, 450 и 870
МГц. Первые коммерческие локальные системы транкинговой связи этого
стандарта уже используются и в России.
Существуют транкинговые сети стандарта TETRA и общего доступа, в
частности, экспериментальная сеть, организованная в Санкт-Петербурге
компанией «РадиоТел» на основе базовой станции Dimetra фирмы Motorola,
способная обслуживать одновременно до 30 000 абонентов.
Транкинговая сеть компании «РадиоТел» позволяет осуществлять:
 обычную радиосвязь в пределах города и области (охват 10 000 км2);
 телефонную
связь:
внутригородскую,
междугородную
и
международную.
Сервисные услуги сети:
 цифровая передача речевых сообщений и информации;
 конфиденциальность передаваемых сообщений;
 наличие уровней приоритетности для абонентов;
 возможность аварийных вызовов;
 возможность общесистемных вызовов;
 возможность конференц-связи;
 автоматическая регистрация абонентов;
 организация групп связи с особым статусом;
 организация связи между группами;
 возможность выборочного запрета связи.
Сеть охватывает связью часть Северо-Западного региона и имеет роуминг с
абонентами других систем Москвы и Московской области (в Москве пока
создание транкинговых систем стандарта ТЕТRА не разрешено ввиду дефицита
частотных диапазонов). Для транкинговой связи в сети ТЕТRА отведен диапазон
частот 800 МГц, обладающий рядом преимуществ перед ранее используемыми в
радиосетях более низкочастотными диапазонами, в частности, позволивший
организовать существенно большее количество абонентских подканалов. В
качестве примеров транковых телефонов этого стандарта можно привести
портативную радиостанцию Yaesu VX-1R (291 подканал, габариты 81 х 47 х 25
мм, вес 125 г), Maxor SR-210 (69 подканалов, габариты 124 х 45 х 35 мм, вес 1590
г) и возимый радиотелефон Icon 1C-F410 (32 подканала, габариты 137 х 175 х 40
105
мм, вес 2100 г).
Цифровые стандарты АРСО 25 и EDACS
Цифровой стандарт АРСО 25 был разработан в США на базе частотного
разделения каналов (FDMA) для использования в правоохранительных органах.
На его основе могут быть построены не только транкинговые, но и
конвенциональные (сотовые) системы с ретрансляторами. Ретрансляторы, как и
везде, нужны для увеличения зоны обслуживания. При прочих равных условиях
зона охвата сети АРСО примерно в 2,5 раза больше зоны TETRA. Важным
достоинством сетей АРСО 25 также является возможность их использования в
системах существующих аналоговых радиостанций. В Москве построена
экспериментальная сеть этого стандарта фирмами «Спецтехника и связь» и Westel
Group (Австралия). Уже опробованы две двухканальные базовые станции с
выходной мощностью 50 Вт, работающие в конвенциальном режиме в диапазоне
частот 136-174 МГц. В системе используются абонентские терминалы EF Johnson
Stealth 5000 (носимые, мощность 5 Вт) и 5300 (возимые, мощность 50 Вт).
Результаты испытаний оказались весьма впечатляющими: при такой небольшой
мощности устойчивая связь фиксировалась в пределах МКАД и до 26 км за
пределами городской черты. Цифровой стандарт EDACS (Enhanced Digital Access
Communications System) компании Ericsson рассчитан на работу в диапазоне
частот 150, 450 и 800 МГц. Предусмотрены полудуплексный и симплексный
режимы работы. В мире существует более 500 систем EDACS, а первая в России
система EDACS используется федеральной службой для охраны Президента РФ с
1994 года. EDACS принимает участие в охране первых лиц таких государств, как
США, Швеция, Казахстан, Белоруссия, Италия. В России уже функционируют
несколько сетей на базе этого стандарта, в том числе в Санкт-Петербурге.
106
Лекция 3/1 Компьютерные сетевые технологии коммуникаций
Эффективное управление фирмой невозможно без непрерывного
отслеживания состояний коммерческого и финансового рынков, без оперативной
координации деятельности всех филиалов и сотрудников. Реализация названных
задач требует совместного участия большого числа различных специалистов,
часто территориально удаленных друг от друга. В такой ситуации во главу угла
организации эффективного взаимодействия этих специалистов должны быть
поставлены системы распределенной обработки данных.
Распределенная обработка данных — обработка данных, выполняемая на
независимых, но связанных между собой компьютерах, представляющих
территориально распределенную систему.
Первыми представителями систем распределенной обработки данных были
системы телеобработки данных и многомашинные вычислительные системы.
Системы телеобработки данных — это информационно-вычислительные
системы, в которых выполняется дистанционная централизованная обработка
данных поступающих в центр обработки по каналам связи.
Многомашинные вычислительные системы — это системы, содержащие
несколько одинаковых или различных, относительно самостоятельных
компьютеров, связанных между собой через устройство обмена информацией, в
частности, по канала связи. В последнем случае речь идет об информационновычислительных сетях.
Учебные вопросы:
1.
Назначение и классификация компьютерных сетей.
Маршрутизация, адресация и и протоколы передачи данных в
компьютерных сетях.
Информационно-вычислительная
сеть
(возможное
название
—
3
вычислительная сеть ) представляет собой систему компьютеров, объединенных
каналами передачи данных.
Основное назначение информационно-вычислительных сетей (ИВС) —
обеспечение эффективного предоставления различных информационновычислительных услуг пользователям сети посредством организации удобного и
надежного доступа к ресурсам, распределенным в этой сети.
В последние годы подавляющая часть услуг большинства сетей лежит в
сфере именно информационного обслуживания. В частности, информационные
системы, построенные на базе ИВС, обеспечивают эффективное выполнение
следующих задач:
 хранение данных;
 обработка данных;
В литературе их обычно называют вычислительными сетями, что не отражает их основного назначения —
информационного обслуживания.
3
107
 организация доступа пользователей к данным;
 передача данных и результатов обработки данных пользователям.
Эффективность решения указанных задач обеспечивается:
 распределенными в сети аппаратными, программными и информационными;;
ресурсами;
 дистанционным доступом пользователя к любым видам этих ресурсов;
 возможным наличием централизованной базы данных наряду с
распределенными базами данных;
 высокой надежностью функционирования системы, обеспечиваемой
резервированием ее элементов;
 возможностью оперативного перераспределения нагрузки в пиковые
периоды;
 специализацией отдельных узлов сети на решении задач определенного
класса;
 решением сложных задач совместными усилиями нескольких узлов сети;
 оперативным дистанционным информационным обслуживанием клиентов.
Основные показатели качества ИВС.
1.
Полнота выполняемых функций. Сеть должна обеспечивать
выполнение всех предусмотренных для нее функций и по доступу ко всем
ресурсам, и по совместной работе узлов, и по реализации всех протоколов и
стандартов работы.
2.
Производительность — среднее количество запросов пользователей
сети, исполняемых за единицу времени. Производительность зависит от времени
реакции системы на запрос пользователя. Это время складывается из трех
составляющих:
 времени передачи запроса от пользователя к узлу сети, ответственному
за его исполнение;
 времени выполнения запроса в этом узле;
 времени передачи ответа на запрос пользователю.
3.
Значительную долю времени реакции составляет передача
информации в сети. Следовательно, важной характеристикой сети является ее
пропускная способность. Пропускная способность определяется количеством
данных, передаваемых через сеть (или ее звено — сегмент) за единицу времени.
4.
Надежность сети — важная ее техническая характеристика.
Надежность чаще всего характеризуется средним временем наработки на отказ
5.
Поскольку сеть является информационной системой, то более важной
потребительской характеристикой является достоверность ее результирующей
информации
(показатель
своевременности
информации
поглощается
достоверностью: если информация поступила несвоевременно, то в нужный
момент на выходе системы информация недостоверна). Существуют технологии,
обеспечивающие высокую достоверность функционирования системы даже при
ее низкой надежности Можно сказать, что надежность информационной системы
— это не самоцель, а средство обеспечения достоверной информации на ее
выходе.
108
6.
Современные сети часто имеют дело с конфиденциальной
информацией, поэтому важнейшим параметром сети является безопасность
информации в ней. Безопасность — это способность сети обеспечить защиту
информации от несанкционированного доступа.
7.
Прозрачность сети — еще одна важная потребительская ее
характеристика. Прозрачность означает невидимость особенностей внутренней
архитектуры сети для пользователя: в оптимальном случае он должен обращаться
к ресурсам сети как к локальным ресурсам своего собственного компьютера.
8.
Масштабируемость — возможность расширения сети без заметного
снижения ее производительности.
9.
Универсальность сети — возможность подключения к сети
разнообразного технического оборудования и программного обеспечения от
разных производителей.
Виды информационно-вычислительных сетей
Информационно-вычислительные сети (ИВС) в зависимости от территории,
ими охватываемой, подразделяются на:
 локальные (ЛВС или LAN — Local Area Network);
 региональные (РВС или MAN — Metropolitan Area Network);
 глобальные (ГВС или WAN — Wide Area Network).
Локальной называется сеть, абоненты которой находятся на небольшом (до
10-15 км) расстоянии друг от друга. ЛВС объединяет абонентов, расположенных в
пределах небольшой территории. В настоящее время не существует четки?
ограничений на территориальный разброс абонентов локальной вычислительной
сети. Обычно такая сеть привязана к конкретному объекту. К классу ЛВС
относятся сети отдельных предприятий, фирм, банков, офисов, корпораций и т. д,
Если такие ЛВС имеют абонентов, расположенных в разных помещениях, то они
(сети) часто используют инфраструктуру глобальной сети Интернет, и их принято
называть корпоративными сетями или сетями интранет (Intranet). Региональные
сети связывают абонентов города, района, области или даже небольшой страны.
Обычно расстояния между абонентами региональной ИВС составляют десятки —
сотни километров.
Глобальные сети объединяют абонентов, удаленных друг от друга на
значительное расстояние, часто находящихся в различных странах или на разных
континентах. Взаимодействие между абонентами такой сети может
осуществляться на базе телефонных линий связи, систем радиосвязи и даже
спутниковой связи. Объединение глобальных, региональных и локальных
вычислительных сетей позволяет создавать многосетевые иерархии. Они
обеспечивают мощные, экономически целесообразные средства обработки
огромных информационных массивов и доступ к неограниченным
информационным ресурсам. Локальные вычислительные сети могут входить как
компоненты в состав региональной сети, региональные сети — объединяться в
составе глобальной сети и, наконец, глобальные сети могут также образовывать
сложные структуры. Именно такая структура принята в наиболее известной и
109
популярной сейчас всемирной суперглобальной информационной сети Интернет.
По принципу организации передачи данных сети можно разделить на две
группы:
1. последовательные;
2. широковещательные.
В последовательных сетях передача данных выполняется последовательно от
одного узла к другому и каждый узел ретранслирует принятые данные дальше.
Практически все глобальные, региональные и многие локальные сети относятся к
этому типу. В широковещательных сетях в каждый момент времени передачу
может вести только один узел, остальные узлы могут только принимать
информацию. К такому типу сетей относится значительная часть ЛВС,
использующая один общий канал связи (моноканал) или одно общее пассивное
коммутирующее устройство.
По геометрии построения (топологии) ИВС могут быть:
 шинные (линейные, bus);
 кольцевые (петлевые, ring);
 радиальные (звездообразные, star);
 распределенные радиальные (сотовые, cellular);
 иерархические (древовидные, hierarchy);
 полносвязные (сетка, mesh);
 смешанные (гибридные).
Сети с шинной топологией используют линейный моноканал передачи
данных, к которому все узлы подсоединены через интерфейсные платы
посредством относительно коротких соединительных линий. Данные от
передающего узла сети распространяются по шине в обе стороны.
Промежуточные узлы не ретранслируют поступающих сообщений. Информация
поступает на все узлы, но принимает сообщение только тот, которому оно
адресовано.
Шинная топология — одна из наиболее простых топологий. Такую сеть
легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к различным
системам; она устойчива к возможным неисправностям отдельных узлов. Сеть
шинной топологии применяют широко известная сеть Ethernet и организованная
на ее адаптерах сеть Novell NetWare, очень часто используемая в офисах,
например. Условно такую сеть можно изобразить, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Сеть с шинной топологией
110
В сети с кольцевой топологией все узлы соединены в единую замкнутую
петлю (кольцо) каналами связи. Выход одного узла сети соединяется со входом
другого. Информация по кольцу передается от узла к узлу и каждый узел
ретранслирует посланное сообщение. В каждом узле для этого имеются свои
интерфейсная и приемо-передающая аппаратура, позволяющая управлять
прохождением данных в сети. Передача данных по кольцу с целью упрощения
приемо-передающей аппаратуры выполняется только в одном направлении.
Принимающий узел распознает и получает только адресованные ему сообщения.
Ввиду своей гибкости и надежности работы сети с кольцевой топологией
получили также широкое распространение на практике (например, сеть Token
Ring).
Условная структура такой сети показана на рис. 2.
Основу последовательной сети с радиальной топологией составляет
специальный компьютер — сервер, к которому подсоединяются рабочие станции,
каждая по своей линии связи. Вся информация передается через центральный
узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные
потоки в сети. По своей структуре такая сеть по существу является аналогом
системы телеобработки, у которой все абонентские пункты являются
интеллектуальными
Рис. 2. Сеть с кольцевой топологией
В качестве недостатков такой сети можно отметить:
 большую загруженность центральной аппаратуры;
 полную потерю работоспособности сети при отказе центральной
аппаратуры;
 большую протяженность линий связи;
 отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации.
Последовательные радиальные сети используются в офисах с явно
выраженным централизованным управлением. Условная структура радиальной
сети показана на рис. 3.
111
Рис 3. Сеть с радиальной топологией
Но используются и широковещательные радиальные сети с пассивным
центром — вместо центрального сервера в таких сетях устанавливается
коммутирующее
устройство,
обычно
концентратор,
обеспечивающий
подключение одного передающего канала сразу ко всем остальным в общем
случае топологию многосвязной вычислительной сети можно представить на
примере топологии «сетка» в следующем виде — рис. 4.
Рис. 4. Топология многосвязной вычислительной сети
В структуре сети можно выделить коммуникационную и абонентскую
подсети. Коммуникационная подсеть является ядром вычислительной сети,
112
связывающим рабочие станции и серверы сети друг с другом. Звенья
коммуникационной подсети (в данном случае — узлы коммутации) связаны
между собой магистральными каналами связи, обладающими высокой
пропускной способностью. В больших сетях коммуникационную подсеть часто
называют сетью передачи данных. Звенья абонентской подсети (хосткомпьютеры, серверы, рабочие станции) подключаются к узлам коммутации
абонентскими каналами связи — обычно это среднескоростные телефонные
каналы связи.
В зависимости от используемой коммуникационной среды сети делятся на
сети с моноканалом, а также иерархические, полносвязные сети и сети со
смешанной топологией.

В сетях с моноканалом данные могут следовать только по одному и тому
же пути; в них доступ абонентов к информации осуществляется на основе
селекции (выбора) передаваемых кадров или пакетов данных по адресной части
последних. Все пакеты доступны всем пользователям сети, но «вскрыть» пакет
может только тот абонент, чей адрес в пакете указан. Такие сети иногда называют
сетями с селекцией информации.

Иерархические, полносвязные и сети со смешанной топологией в
процессе передачи данных требуют маршрутизации последней, то есть выбора в
каждом узле пути дальнейшего движения информации. Правда, альтернативная
неоднозначная маршрутизация выполняется только в сетях, имеющих замкнутые
контуры каналов связи (ячеистую структуру). Такие сети называются сетями с
маршрутизацией информации.
Маршрутизаторы и коммутирующие устройства
Основным назначением узлов коммутации является прием, анализ, а в сетях с
маршрутизацией еще и выбор маршрута, и отправка данных по выбранному
направлению. В общем случае узлы коммутации включают в себя и устройства
межсетевого интерфейса.
Узлы коммутации вычислительных сетей содержат устройства коммутации
(коммутаторы). Если они выполняют коммутацию на основе иерархических
сетевых адресов, их называют маршрутизаторами.
Устройства коммутации занимают важное место в системах передачи
информации в вычислительных сетях. С помощью устройств коммутации
значительно сокращается протяженность каналов связи в сетях с несколькими
взаимодействующими абонентами: вместо того, чтобы прокладывать несколько
каналов связи от данного абонента ко всем остальным, можно проложить лишь по
одному каналу от каждого абонента к общему коммутационному узлу. В связи с
этим, если не предъявляются чрезвычайно жесткие требования к оперативности и
достоверности передачи данных в вычислительных сетях, используются
коммутируемые каналы связи.
Узлы коммутации осуществляют один из трех возможных видов коммутации
при передаче данных:
 коммутацию каналов;
113
 коммутацию сообщений;
 коммутацию пакетов.
Сообщения и пакеты часто называют дейтаграммами.
Дейтаграмма (datagram) — это самостоятельный пакет данных
(сообщение), содержащий в своем заголовке достаточно информации, чтобы его
можно было передать от источника к получателю независимо от всех
предыдущих и последующих сообщений.
Коммутация каналов
Между
пунктами
отправления
и
назначения
устанавливается
непосредственное физическое соединение путем формирования составного канала
из последовательно соединенных отдельных участков каналов связи. Такой
сквозной физический составной канал организуется в начале сеанса связи,
поддерживается в течение всего сеанса и разрывается после окончания передачи.
Формирование сквозного канала обеспечивается путем последовательного
включения ряда коммутационных устройств в нужное положение постоянно на
все время сеанса связи. Время создания такого канала сравнительно большое, и
это один из недостатков данного метода коммутации. Образованный канал
недоступен для посторонних абонентов. Монополизация взаимодействующими
абонентами подканалов, образующих физический канал, обусловливает снижение
общей пропускной способности сети передачи данных. И это при том, что
образованный физический канал часто бывает недогружен. Основные
достоинства метода:
 возможность работы и в диалоговом режиме, и в реальном масштабе
времени;
 обеспечение полной прозрачности канала.
Применяется метод коммутации каналов чаще всего при дуплексной
передаче аудиоинформации (обычная телефонная связь — типичный пример).
Коммутация сообщений
Данные передаются в виде дискретных порций разной длины (сообщений),
причем между источником и адресатом сквозной физический канал не
устанавливается и ресурсы коммуникационной системы предварительно не
распределяются. Отправитель лишь указывает адрес получателя. Узлы
коммутации анализируют адрес и текущую занятость каналов и передают
сообщение по свободному в данный момент каналу на ближайший узел сети в
сторону получателя. В узлах коммутации имеются коммутаторы, управляемые
связным процессором, который также обеспечивает временное хранение данных в
буферной памяти, контроль достоверности информации и исправление ошибок,
преобразование форматов данных, формирование сигналов подтверждения
получения сообщения. Ввиду наличия буферной памяти появляется возможность
устанавливать согласованную скорость передачи сообщения между двумя узлами.
Прозрачность передачи данных в этом режиме только кодовая (битовая);
временная прозрачность не обеспечивается. Вследствие этого фактора затруднена
114
работа в диалоговом режиме и в режиме реального времени. Некоторые
возможности реализации означенных режимов остаются реализуемыми лишь
благодаря высокой скорости передачи и возможности выполнять приоритетное
обслуживание заявок. Применяется этот вид коммутации в электронной почте,
телеконференциях, электронных новостях и т. п.
Коммутация пакетов
В современных системах для повышения оперативности, надежности
передачи и уменьшения емкости запоминающих устройств узлов коммутации
длинные сообщения разбиваются на несколько более коротких стандартной
длины, называемых пакетами (иногда очень короткие сообщения, наоборот,
объединяются вместе в пакет). Стандартный размер пакетов обуславливает
соответствующую стандартную разрядность оборудования узлов связи и
максимальную эффективность его использования. Пакеты могут следовать к
получателю даже разными путями и непосредственно перед выдачей абоненту
объединяются (разделяются) для формирования законченных сообщений. Этот
вид коммутации обеспечивает наибольшую пропускную способность сети и
наименьшую задержку при передаче данных. Недостатком коммутации пакетов
является трудность, а иногда и невозможность его использования для систем,
работающих в интерактивном режиме и в реальном масштабе времени. Хотя в
последние годы в этом направлении достигнут заметный прогресс — активно
развиваются технологии интернет-телефонии. Одно из направлений этой
технологии — создание виртуального канала для передачи пакетов путем
мультиплексирования во времени использования каждого узла коммутации.
Временной ресурс порта узла разделяется между несколькими пользователями
так, что каждому пользователю отводится постоянно, множество минимальных
отрезков времени и создается впечатление непрерывного доступа.
Коммутация сообщений и пакетов относится к логическим видам
коммутации, так как при таком использовании формируется лишь логический
канал между абонентами. При логической коммутации взаимодействие абонентов
выполняется через запоминающее устройство, куда поступают сообщения от всех
абонентов, обслуживаемых данным узлом. Каждое сообщение (пакет) имеет
адресную часть, определяющую отправителя и получателя; в соответствии с
адресом выбирается дальнейший маршрут и передается сообщение из
запоминающего устройства узла коммутации.
Способ передачи, задействующий логическую коммутацию пакетов, часто
требует наличия в центре коммутации специальных связных мини- или
микрокомпьютеров, осуществляющих прием, хранение, анализ, разбиение,
синтез, выбор маршрута и отправку сообщений адресату.
Коммутаторы применяются в узлах коммутации и в качестве межсетевого и
внутрисетевого интерфейсов, выполняя функции моста — соединителя
нескольких сегментов сети воедино.
В узлах коммутации могут использоваться также концентраторы и
удаленные мультиплексоры. Их основное назначение состоит в объединении и
115
уплотнении входных потоков данных, поступающих от абонентов по
низкоскоростным каналам связи, в один или несколько более скоростных каналов
связи и наоборот.
Маршрутизация в сетях.
Как уже говорилось, в сетях с маршрутизацией информации возникает задача
маршрутизации данных. В системах с коммутацией каналов и при создании
виртуального канала маршрутизация организуется один раз при установлении
начального соединения. При обычных режимах коммутации пакетов и сообщений
маршрутизация выполняется непрерывно по мере прохождения данных от одного
узла коммутации к другому.
Существует два основных способа маршрутизации: с предварительным
установлением соединения, при котором перед началом обмена данными между
узлами сети должна быть установлена связь с определенными параметрами, и
динамический, использующий протоколы дейтаграммного типа, по которым
сообщение передается в сеть без предварительного установления соединения.
Маршрутизация заключается в правильном выборе выходного канала в узле
коммутации на основании адреса, содержащегося в заголовке пакета (сообщения).
Варианты адресации компьютеров в сети.
Наибольшее распространение получили три варианта адресации:
 аппаратные адреса предназначены для сетей небольшого размера, поэтому
они имеют простую неиерархическую структуру. Адреса могут быть
закодированы в двоичной или в шестнадцатеричной системах счисления.
Разрядность адреса может быть любой — это внутреннее дело конкретной
сети или подсети. Присвоение аппаратных адресов происходит
автоматически: либо они встраиваются в аппаратуру (модемы, адаптеры и т.
д.), либо генерируются при каждом новом запуске оборудования;
 символьные адреса или имена предназначены для пользователей и поэтому
должны нести смысловую нагрузку. В больших сетях такие адреса имеют
иерархическую систему и состоят из отдельных доменов, идентифицируемых
буквенными сокращенными наименованиями объектов, часто понятных
пользователю (подобие доменных адресов в сети Интернет). Они могут
иметь очень большую длину;
 числовые составные адреса фиксированного компактного формата. В
качестве примера можно сослаться на IP-адреса в Интернете.
В современных сетях для адресации часто одновременно сочетаются все три
варианта адресов. Пользователь указывает символьный адрес, который сразу же в
сети заменяется на числовой (по таблицам адресов, хранимых на сервере имен
сети). При поступлении передаваемых данных в сеть назначения числовой адрес
заменяется на аппаратный. Возможная технология адресации сообщений
заключается в следующем. Компьютер-отправитель посылает всем компьютерам
сети широковещательное сообщение с просьбой опознать свое числовое имя.
116
Опознавшему адрес компьютеру высылается аппаратный адрес, а затем и само
сообщение.
Оптимальная маршрутизация обеспечивает:
 максимальную пропускную способность сети;
 минимальное время прохождения пакета от отправителя к получателю;
 надежность доставки и безопасность передаваемой информации.
Маршрутизация может быть централизованной и децентрализованной.
Централизованная маршрутизация допустима только в сетях с централизованным
управлением: выбор маршрута осуществляется в центре управления сетью и
коммутаторы в узлах лишь реализуют поступившее решение. При
децентрализованной маршрутизации функции управления распределены между
узлами коммутации, в которых, как правило, имеется связующий процессор.
Методы маршрутизации
1.
Простая маршрутизация при выборе дальнейшего пути для сообщения
(пакета) учитывает лишь статическое априорное состояние сети, ее текущее
состояние — загрузка и изменение топологии из-за отказов — не учитывается.
|Одно из направлений простой маршрутизации — лавинное отправление
сообщения сразу по всем свободным каналам. О достоинствах такой
маршрутизации говорить не приходится.
2.
Фиксированная маршрутизация учитывает только изменение
топологии сети. Для каждого узла назначения канал передачи выбирается по
электронной таблице маршрутов (route table), определяющей кратчайшие пути и
время доставки информации до пункта назначения. Эта маршрутизация
используется в сетях с установившейся топологией.
3.
Адаптивная маршрутизация учитывает и изменение загрузки, и
изменение топологии сети. При выборе маршрута информация из таблицы
маршрутов дополняется данными о работоспособности и занятости каналов связи,
оперативной информацией о существующей очереди пакетов на каждом канале.
В локальном варианте этой маршрутизации учитываются данные только о
каналах, исходящих из текущего узла, а при распределенной адаптивной
маршрутизации и данные, получаемые от соседних узлов коммутации.
Маршрутизаторы иногда называют зеркалами: они получают сообщения из
одного участка сети, определяют получателя сообщения и передают это
сообщение на другой участок сети. Они широко используются и в качестве
межсетевого интерфейса, обеспечивая соединение сетей на более высоком уровне,
нежели мосты, поскольку им доступна информация о структуре сети и связях ее
элементов между собой.
Маршрутизаторы обычно создаются на базе одного или нескольких
процессоров и имеют специализированную операционную систему.
Концентраторы также используются для коммутации каналов в
компьютерных сетях. Описанные при рассмотрении СТОД функции
концентраторов — это один достаточно простой частный случай. В сетях
основные функции концентратора заключаются в повторении сигналов
117
(повторитель) и концентрировании в себе (концентратор) как в центральном
устройстве функций объединения компьютеров в единую сеть. Их часто называют
хабами или многопортовыми повторителями. Концентратор образует из
подключенных к его портам отдельных физических сегментов сети общую среду
передачи данных — некий логический сегмент, обладающий всеми функциями
физического. Концентраторы-хабы могут быть трех типов:
 пассивными, просто соединяющими сегменты сети одного типа, ничего
нового не добавляя;
 активными, которые кроме соединения сегментов выполняют и усиление
(регенерирование) сигналов (они, как и повторители, позволяют увеличить
расстояние между соединяемыми устройствами);
 интеллектуальными, дополнительно к функциям активных хабов
выполняющими маршрутизацию сигналов по сегментам (посылают данные
только в те сегменты, для которых они предназначена) и обеспечивающими
некоторые сервисные технологии, например, защиту информации от
несанкционированного доступа, самодиагностику и автоматическое
отключение плохо работающих портов и т. д.
2.
Основные программные и аппаратные компоненты локальной
вычислительной сети
Вычислительная сеть - это сложный комплекс взаимосвязанных и
согласованно функционирующих программных и аппаратных компонентов. Весь
комплекс программно-аппаратных средств сети может быть описан многослойной
моделью.
1.Первый слой
Первый слой образует множество компьютеров. В настоящее время в сетях
широко и успешно применяются компьютеры различных классов - от
персональных компьютеров до мэйнфреймов и суперЭВМ. Набор компьютеров в
сети должен соответствовать набору разнообразных задач, решаемых сетью.
2.Второй слой
Второй слой - это физические среды передачи информации и
коммуникационное оборудование.
2.1 Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой
кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек и
соединительных разъемов, или земную атмосферу или космическое пространство,
через которые распространяются электромагнитные волны.
2.1.1 Кабели
Кабели выполняются в виде витых пар, коаксиальных и оптоволоконных
кабелей.
118
Кабели на основе витой пары могут быть неэкранированными (UTP) и
защищенными (STP).
Медный неэкранированный кабель UTP в зависимости от электрических и
механических характеристик разделяется на 5 категорий.
Кабели категории 1и 2 не применяются в компьютерных сетях.
Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году, когда был
разработан Стандарт телекоммуникационных кабельных систем для
коммерческих зданий
(EIA-568), на основе которого затем был создан
действующий стандарт EIA-568A. Стандарт EIA-568 определил электрические
характеристики кабелей категории 3 для частот в диапазоне до 16 МГц,
поддерживающих, таким образом, высокоскоростные сетевые приложения. Шаг
скрутки проводов равен примерно 3 витка на 1 фут (30,5 см).
Кабели категории 4 представляют собой несколько улучшенный вариант
кабелей категории 3. Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте
передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и
низкие потери сигнала. Кабели категории 4 хорошо подходят для применения в
системах с увеличенными расстояниями (до 135 метров) и в сетях Token Ring с
пропускной способностью 16 Мбит/с. На практике используются редко.
Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне
до 100 МГц. Большинство новых высокоскоростных стандартов ориентируются
на использование витой пары 5 категории.
Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном
исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг
скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две — для
передачи голоса.
Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки
RJ-45, представляющие 8-контактные разъемы.
Особое место занимают кабели категорий 6 и 7, которые промышленность
начала выпускать сравнительно недавно. Для кабеля категории 6 характеристики
определяются до частоты 200 МГц, а для кабелей категории 7 — до 600 МГц.
Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и
весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и
неэкранированным. Основное назначение этих кабелей — поддержка
высокоскоростных протоколов на отрезках кабеля большей длины, чем кабель
UTP категории 5. Некоторые специалисты сомневаются в необходимости
применения кабелей категории 7, гак как стоимость кабельной системы при их
использовании получается соизмеримой по стоимости сети с использованием
волоконно-оптических кабелей, а характеристики кабелей на основе оптических
волокон выше.
Коаксиальные кабели. Существует большое количество типов
коаксиальных кабелей, используемых в сетях различного типа —
119
телефонных, телевизионных и компьютерных. Ниже приводятся основные
типы и характеристики этих кабелей.
• RG-8 и RG-11 — «толстый» коаксиальный кабель, разработанный для
сетей (диаметр около 12 мм). Этот кабель имеет достаточно толстый внутренний
проводник диаметром 2,17 мм, который обеспечивает хорошие механические и
электрические характеристики (затухание на частоте 10 МГц — не хуже 18
дБ/км). Зато этот кабель сложно монтировать — он плохо гнется.
•
RG-58/U, RG-58 A/U и RG-58 C/U — разновидности «тонкого»
коаксиального кабеля для сетей Ethernet 10Base-2. Кабель RG-58/U имеет
сплошной внутренний проводник, а кабель RG-58 A/U — многожильный. Кабель
RG-58 C/U проходит «военную приемку». Все эти разновидности кабеля имеют
волновое сопротивление 50 Ом, но обладают худшими механическими и
электрическими характеристиками по сравнению с «толстым» коаксиальным
кабелем. Тонкий внутренний проводник 0,89 мм не так прочен, зато обладает
гораздо большей гибкостью, удобной при монтаже. Затухание в этом типе кабеля
выше, чем в «толстом» коаксиальном кабеле, что приводит к необходимости
уменьшать длину кабеля для получения одинакового затухания в сегменте. Для
соединения кабелей с оборудованием используется разъем типа BNC.
•
RG-59 — телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом.
Широко применяется в кабельном телевидении.
• RG-62 — кабель с волновым сопротивлением 93 Ома, использовался в
сетях ArcNet, оборудование которых сегодня практически не выпускается.
Коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 Ом (то есть «тонкий» и
«толстый») описаны в стандарте EIA/TIA-568. Новый стандарт EIA/TIA-568A
коаксиальные кабели не описывает, как морально устаревшие.
Волоконно-оптические кабели.
Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника света
(сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла —
оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина.
Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь
от покрывающего слоя оболочки. В зависимости от распределения показателя
преломления и от величины диаметра сердечника различают:
• многомодовое волокно;
• одномодовое волокно.
Понятие «мода» описывает режим распространения световых лучей во
внутреннем сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF)
используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с
длиной волны света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света
распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего
проводника. Полоса пропускания одномодового кабеля очень широкая — до
сотен гигагерц на километр. Изготовление тонких качественных волокон для
одномодового кабеля представляет сложный технологический процесс, что делает
одномодовый кабель достаточно дорогим.
120
Кроме того, в волокно такого маленького диаметра достаточно сложно
направить пучок света, не потеряв при этом значительную часть его энергии.
В многомодовых кабелях (Мulti Mode Fiber, MMF) используются более
широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В
стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля:
62,5/125 мкм и 30/125 мкм, где 62,5 мкм или 50 мкм — это диаметр центрального
проводника, а 125 мкм — диаметр внешнего проводника.
Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания — от 50 до
500 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при
отражениях.
В качестве источников излучения света в волоконно-оптических кабелях
применяются:
• светодиоды;
• полупроводниковые лазеры.
Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм (1,55
мкм), 1300 нм (1,3 мкм) и 850 нм (0,85 мкм). Светодиоды могут излучать свет с
длиной волны 850 нм и 1300 нм. Излучатели с длиной волны 850 нм существенно
дешевле, чем излучатели с длиной волны 1300 нм, но полоса пропускания кабеля
для волн 850 нм уже, например 200 МГц/км вместо 500 МГц/км.
Лазерные излучатели работают на длинах волн 1300 и 1550 нм.
Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с
частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток
света, за счет чего потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при
использовании некогерентного потока светодиодов.
Волоконно-оптические кабели присоединяют к оборудованию разъемами
MIC, ST и SC.
Волоконно-оптические кабели обладают отличными характеристиками всех
типов: электромагнитными, механическими (хорошо гнутся, а в соответствующей
изоляции обладают хорошей механической прочностью). Однако у них есть один
серьезный недостаток — сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивания длины кабеля.
Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного превышает стоимость
кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с оптоволокном
обходится намного дороже из-за трудоемкости операций и высокой стоимости
применяемого монтажного оборудования.
Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к
электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация
защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи
нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно
могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля)
целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем
мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что
превзойдут стоимость перехваченной информации.
121
Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни
волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах,
превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз
и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем
замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.
Есть в волоконной технологии и свои недостатки:

При создании линии связи требуются высоконадежные активные
элементы, преобразующие электрические сигналы в свет и свет в электрические
сигналы. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми
оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение.
Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать
длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли
микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи
очень дорогостоящее.

Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических
волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое
оборудование.

Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на
восстановление выше, чем при работе с медными кабелями.
Преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС)
настолько значительны, что несмотря на перечисленные недостатки оптического
волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.
На сегодня в мире несколько десятков фирм, производящих оптические
кабели различного назначения. Наиболее известные из них: AT&T, General Cable
Company (США); Siecor (ФРГ); BICC Cable (Великобритания); Les cables de Lion
(Франция); Nokia (Финляндия); NTT, Sumitomo (Япония), Pirelli(Италия).
2.1.2 Радиочастоты
Существуют несколько различных типов - классов беспроводных сетей.
1) Беспроводные локальные сети типа WLAN (Wireless LAN). Другое
название, до сих пор еще употребительное в России  RadioEthernet. Основное
предназначение этих сетей  развертывание беспроводных сетей внутри помещений. К этому классу следует отнести все оборудование, работающее в соответствии со стандартами семейства IEEE 802.11.
2) Беспроводные локальные сети типа Wireless Access (беспроводный
доступ). Оборудование сетей этого класса служит для построения
распределенных сетей масштаба города, региона, сетей операторского класса.
3) Беспроводные локальные сети типа Wireless PAN (Personal Area Network).
Оборудование сетей этого класса служит для беспроводного соединения устройств в пределах рабочего места.
В самом начале развития беспроводных сетей комитет FCC
(распределяющий частоты в США) выделил для работы беспроводных систем
122
гражданского назначения три частотных диапазона: один в районе частоты 915
МГц, другой в диапазоне от 2,4 ГГц до 2,4835 ГГц (S-band), третий  от 5,125 ГГц
до 5,875ГГц (С-band).
Наибольшее развитие в России получили устройства S-диапазона. В
настоящее время набирает популярность оборудование нового частотного
диапазона 5,1505,785 ГГц.
Для построения Беспроводные локальные сети типа WLAN действует
принятый в 1997 году стандарт IEEE 802.11, а также его более поздние
расширения  IEEE 802.11а, IEEE 802.11b и IEEE 802.11g. Стандарт
регламентирует диапазоны частот, скорости передачи, методы кодирования
информации и прочие технологические характеристики работы сети.
Базовый стандарт 802.11 использует диапазон 2,4 ГГц. Скорость передачи
2Мбит/с.
Стандарт 802.11в, принятый в 1999 году, является продолжением и
развитием базового стандарта. Используя все тот же диапазон 2,4 ГГц, он
позволяет повысить скорость передачи до 11 Мбит/с.
Стандарт 802.11а использует новый частотный диапазон - 5 ГГц для
организации WLAN. Он определяет максимальную скорость 54 Мбит/с.
Стандарт 802.11g, также использует все тот же диапазон 2,4 ГГц, он
позволяет повысить скорость передачи до 54 Мбит/с.
Для построения Беспроводные локальные сети типа Wireless PAN
действует стандарт IEEE 802.15.
Для построения Беспроводные локальные сети типа Wireless Access
действует стандарты IEEE 802.16, IEEE 802.16а.
Согласно предложению комитета 802, стандарт предназначен для
построения беспроводных сетей масштаба города, предоставления абонентам всех
современных видов сервиса, большинство которых в настоящее время доступны
через кабельные соединения - ATM, Ethernet, SDH. Исходная версия стандарта
охватывает диапазон частот 1066 ГГц. Стандарт IEEE 802.16а охватывает
диапазон частот 211 ГГц.
2.2 Коммуникационые устройства.
Важную роль в создании компьютерной сети стали играть
коммуникационные
устройства:
сетевые
карты,
концентраторы,
мосты/коммутаторы, маршрутизаторы. Сегодня коммуникационное устройство
может представлять собой сложный специализированный мультипроцессор,
который нужно конфигурировать, оптимизировать и администрировать. Изучение
принципов работы коммуникационного оборудования требует знакомства с
большим количеством протоколов, используемых как в локальных, так и
глобальных сетях.
123
3. Третий слой
Третьим слоем, образующим программную платформу сети, являются
сетевые операционные системы (СОС).
Сетевая ОС может рассматриваться как набор операционных систем
отдельных компьютеров, составляющих сеть. На разных компьютерах сети могут
выполняться одинаковые пли разные ОС.
На рис. 1.1 показаны основные функциональные компоненты сетевой ОС:

средства управления локальными ресурсами компьютера реализуют
все функции ОС автономного компьютера (распределение оперативной памяти
между процессами, планирование и диспетчеризацию процессов, управление
процессорами в мультипроцессорных машинах, управление внешней памятью,
интерфейс с пользователем и т. д.);

сетевые средства, в свою очередь, можно разделить па три
компонента:
o средства предоставления локальных ресурсов и услуг в общее
пользование — серверная часть ОС;
o средства запроса доступа к удаленным ресурсам и услугам —
клиентская часть ОС;
o транспортные
средства
ОС,
которые
совместно
с
коммуникационной системой обеспечивают передачу сообщений
между компьютерами сети.
Рис. 1.1
Упрощенно работа сетевой ОС происходит следующим образом.
Предположим, что пользователь компьютера А решил разместить свой файл на
диске другого компьютера сети — компьютера В. Для этого он набирает на
клавиатуре соответствующую команду и нажимает клавишу Enter.
124
Программный модуль ОС, отвечающий за интерфейс с пользователем,
принимает эту команду и передаст ее клиентской части ОС компьютера А.
Клиентская часть ОС не может получить непосредственный доступ к
ресурсам другого компьютера — в данном случае к дискам и файлам
компьютера В. Она может только «попросить» об этом серверную часть ОС,
работающую на том компьютере, которому принадлежат эти ресурсы. Эти
«просьбы» выражаются в виде сообщений, передаваемых по сети. Сообщения
могут содержать не только команды на выполнение некоторых действий, по и
собственно данные-, например содержимое некоторого файла.
Управляют передачей сообщений между клиентской и серверными
частями по коммуникационной системе сети транспортные средства ОС. Эти
средства выполняют такие функции, как формирование сообщений, разбиение
сообщения на части (пакеты, кадры), преобразование имен компьютеров в
числовые адреса, организацию надежной доставки сообщений, определение
маршрута в сложной сети и т. д. и т. п. Правила взаимодействия компьютеров
при передаче сообщений по сети фиксируются в коммуникационных
протоколах, таких как Ethernet, Token Ring, IP, IPX и пр. Чтобы два компьютера
смогли обмениваться сообщениями по сети, транспортные средства их ОС
должны поддерживать некоторый общий набор коммуникационных протоколов.
Коммуникационные протоколы переносят сообщения клиентских и серверных
частей ОС по сети, не вникая в их содержание.
На стороне компьютера В, на диске которого пользователь хочет
разместить своп файл, должна работать серверная часть ОС, постоянно
ожидающая прихода запросов из сети на удаленный доступ к ресурсам этого
компьютера. Серверная часть, приняв запрос из сети, обращается к локальному
диску и записывает в один из его каталогов указанный файл. Конечно, для
выполнения этих действий требуется не одно, а целая серия сообщений,
переносящих между компьютерами команды ОС и части передаваемого файла.
Очень удобной и полезной функцией клиентской части ОС является
способность отличить запрос к удаленному файлу от запроса к локальному
файлу. Если клиентская часть ОС умеет это делать, то приложения не должны
заботиться о том, с локальным или удаленным файлом они работают, —
клиентская программа сама распознает и перенаправляет (redirect) запрос к
удаленной машине. Отсюда и название, часто используемое для клиентской
части сетевой ОС, — редиректор. Иногда функции распознавания выделяются в
отдельный программный модуль, в этом случае редиректором называют не всю
клиентскую часть, а только этот модуль.
Клиентские части сетевых ОС выполняют также преобразование форматов
запросов к ресурсам. Они принимают запросы от приложений на доступ к
сетевым ресурсам в локальной форме, то есть в форме, принятой в локальной
части ОС. В сеть же запрос передается клиентской частью в другой форме,
соответствующей требованиям серверной части ОС, работающей на
компьютере, где расположен требуемый ресурс. Клиентская часть также
осуществляет прием ответов от серверной части и преобразование их в
125
локальный формат, так что для приложения выполнение локальных и удаленных
запросов неразличимо.
4. Четвертый слой
Совокупность серверной и клиентской частей ОС, предоставляющих
доступ к конкретному типу ресурса компьютера через сеть, называется сетевой
службой
Сетевые службы составляют основу четвертого слоя аппаратнопрограммных средств компьютерных сетей. Говорят, что сетевая служба
предоставляет пользователям сети некоторый набор услуг. Эти услуги иногда
называют также сетевым сервисом (от англоязычного термина «service»).
Наиболее важными для пользователей сетевых ОС являются файловая
служба и служба печати. Среди сетевых служб можно выделить такие, которые
ориентированы не на простого пользователя, а на администратора. Такие
службы используются для организации работы сети. Например, служба
каталогов, которая предназначена для ведения базы данных не только обо всех
пользователях сети, но и обо всех ее программных и аппаратных компонентах. В
качестве примеров службы каталогов часто приводится Activ Directory. Другими
примерами сетевых служб, предоставляющих сервис администратору, являются
служба мониторинга сети, позволяющая захватывать и анализировать сетевой
трафик, служба безопасности, в функции которой может входить, в частности,
выполнение процедуры логического входа с проверкой пароля, служба
резервного копирования и архивирования.
5. Пятый слой
Самым верхним пятым слоем сетевых средств являются различные
сетевые приложения, такие как сетевые базы данных, почтовые системы,
средства архивирования данных, системы автоматизации коллективной работы и
др. Очень важно представлять диапазон возможностей, предоставляемых
приложениями для различных областей применения, а также знать, насколько
они совместимы с другими сетевыми приложениями и операционными
системами
3.
Базовые архитектуры компьютерных сетей
В настоящее время насчитывается более 200 сетей, имеющих тот или иной
уровень стандартизации, но широкое распространение и всеобщее признание
получили не более 10 из них. Это связано с тем, что именно эти сети
поддерживаются наиболее мощными фирмами и поэтому доведены до уровня
международных стандартов. Наиболее распространенные сети по своим
126
потребительским свойствам не всегда самые лучшие, они порой заметно
уступают другим сетям по многим ключевым параметрам, но стандарт есть
стандарт. Стандартные сети имеют подробную документацию, их цена
постоянно уменьшается, накоплен большой опыт их эксплуатации, для них
выпускается специальная контрольная аппаратура, готовятся специалисты по
обслуживанию таких сетей. Все это приводит к тому, что большинство
пользователей с опаской относятся к неизвестным сетям и берут их на
вооружение только тогда, когда их преимущества становятся достаточно
очевидными.
Архитектура сети Ethernet
Является наиболее популярной среди стандартных локальных сетей. Она
появилась впервые в 60-х годах в Гавайском университете как радиосеть
ALOHA, и в ней был использован метод множественного доступа с контролем
несущей и обнаружением конфликтов. В 1972 году фирма Xerox разработала
вариант архитектуры с кабельной средой передачи данных. Сеть оказалась
довольно удачной, ее поддержали крупнейшие фирмы DEC и Intel ( объединение
этих трех фирм назвали DIX по первым буквам их названий) и 1975 году был
выпущен первый продукт сети Ethernet . Он стал международным стандартом,
принятым комитетом 802 IEEE и Европейской ассоциацией производителей
ЭВМ (ЕСМА). Стандарт получил название IEEE 802.3.
В сетях Ethernet используется метод доступа к среде передачи данных,
называемый методом коллективного доступа с опознаванием несущей и
обнаружением коллизий (carrier-sense-multiply-access with collision detection,
CSMA/CD).
Этот метод используется исключительно в сетях с общей шиной (к
которым относятся и радиосети, породившие этот метод). Все компьютеры такой
сети имеют непосредственный доступ к общей шине, поэтому она может быть
использована для передачи данных между любыми двумя узлами сети. Простота
схемы подключения - это один из факторов, определивших успех стандарта
Ethernet. Говорят, что кабель, к которому подключены все станции, работает в
режиме коллективного доступа (multiply-access,MA).
Все данные, передаваемые по сети, помещаются в кадры определенной
структуры и снабжаются уникальным адресом станции назначения. Затем кадр
передается по кабелю. Все станции, подключенные к кабелю, могут распознать
факт передачи кадра, и та станция, которая узнает собственный адрес в
заголовках кадра, записывает его содержимое в свой внутренний буфер,
обрабатывает полученные данные и посылает по кабелю кадр-ответ. Адрес
станции-источника также включен в исходный кадр, поэтому станцияполучатель знает, кому нужно послать ответ.
При описанном подходе возможна ситуация, когда две станции
одновременно пытаются передать кадр данных по общему кабелю (рис. 3). Для
уменьшения вероятности этой ситуации непосредственно перед отправкой кадра
передающая станция слушает кабель (то есть принимает и анализирует
127
возникающие на нем электрические сигналы), чтобы обнаружить, не передается
ли уже по кабелю кадр данных от другой станции. Если опознается несущая
(carrier-sense, CS), то станция откладывает передачу своего кадра до окончания
чужой передачи, и только потом пытается вновь его передать. Но даже при
таком алгоритме две станции одновременно могут решить, что по шине в
данный момент времени нет передачи, и начать одновременно передавать свои
кадры. Говорят, что при этом происходит коллизия, так как содержимое обоих
кадров сталкивается на общем кабеле, что приводит к искажению информации.
Чтобы корректно обработать коллизию, все станции одновременно
наблюдают за возникающими на кабеле сигналами. Если передаваемые и
наблюдаемые сигналы отличаются, то фиксируется обнаружение коллизии
(collision detection, CD). Для увеличения вероятности немедленного обнаружения
коллизии всеми станциями сети, ситуация коллизии усиливается посылкой в
сеть станциями, начавшими передачу своих кадров, специальной
последовательности битов, называемой jam-последовательностью.
После обнаружения коллизии передающая станция обязана прекратить
передачу и ожидать в течение короткого случайного интервала времени, а затем
может снова сделать попытку передачи кадра.
Физические спецификации технологии Ethernet на сегодняшний день
включают следующие среды передачи данных:
 10Base-5 - коаксиальный кабель диаметром 0.5 дюйма, называемый
"толстым" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом.
Максимальная длина сегмента - 500 метров (без повторителей).
 10Base-2 - коаксиальный кабель диаметром 0.25 дюйма, называемый
"тонким" коаксиалом. Имеет волновое сопротивление 50 Ом.
Максимальная длина сегмента - 185 метров (без повторителей).
 10Base-T - кабель на основе неэкранированной витой пары (Unshielded
Twisted Pair, UTP). Образует звездообразную топологию с
концентратором. Расстояние между концентратором и конечным узлом
- не более 100 м.
 10Base-F - оптоволоконный кабель. Топология аналогична стандарту на
витой паре. Имеется несколько вариантов этой спецификации - FOIRL,
10Base-FL, 10Base-FB.
Число 10 обозначает битовую скорость передачи данных этих стандартов 10 Мб/с, а слово Base - метод передачи на одной базовой частоте 10 МГц (в
отличие от стандартов, использующих несколько несущих частот, которые
называются broadband - широкополосными).
Существуют реализации: Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet
128
Архитектура сети Token - Ring и особенности ее аппаратурной
реализации
Сети стандарта Token Ring, также как и сети Ethernet, используют
разделяемую среду передачи данных, которая состоит из отрезков кабеля,
соединяющих все станции сети в кольцо. Кольцо рассматривается как общий
разделяемый ресурс, и для доступа к нему используется не случайный алгоритм,
как в сетях Ethernet, а детерминированный, основанный на передаче станциями
права на использование кольца в определенном порядке. Право на
использование кольца передается с помощью кадра специального формата,
называемого маркером или токеном.
Стандарт Token Ring был принят комитетом 802.5 в 1985 году. В это же
время компания IBM приняла стандарт Token Ring в качестве своей основной
сетевой технологии. В настоящее время именно компания IBM является
основным законодателем моды технологии Token Ring, производя около 60%
сетевых адаптеров этой технологии.
Сети Token Ring работают с двумя битовыми скоростями - 4 Мб/с и 16
Мб/с. Первая скорость определена в стандарте 802.5, а вторая является новым
стандартом де-факто, появившимся в результате развития технологии Token
Ring. Смешение станций, работающих на различных скоростях, в одном кольце
не допускается.
Сети Token Ring, работающие со скоростью 16 Мб/с, имеют и некоторые
усовершенствования в алгоритме доступа по сравнению со стандартом 4 Мб/с.
Маркерный метод доступа к разделяемой среде
В сетях с маркерным методом доступа право на доступ к среде передается
циклически от станции к станции по логическому кольцу. Кольцо образуется
отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. Таким образом, каждая
станция связана со своей предшествующей и последующей станцией и может
непосредственно обмениваться данными только с ними. Для обеспечения
доступа станций к физической среде по кольцу циркулирует кадр специального
формата и назначения - маркер (токен).
Получив маркер, станция анализирует его, при необходимости
модифицирует и при отсутствии у нее данных для передачи обеспечивает его
продвижение к следующей станции. Станция, которая имеет данные для
передачи, при получении маркера изымает его из кольца, что дает ей право
доступа к физической среде и передачи своих данных. Затем эта станция выдает
в кольцо кадр данных установленного формата последовательно по битам.
Переданные данные проходят по кольцу всегда в одном направлении от одной
станции к другой.
При поступлении кадра данных к одной или нескольким станциям, эти
станции копируют для себя этот кадр и вставляют в этот кадр подтверждение
приема. Станция, выдавшая кадр данных в кольцо, при обратном его получении
129
с подтверждением приема изымает этот кадр из кольца и выдает новый маркер
для обеспечения возможности другим станциям сети передавать данные.
Время удержания одной станцией маркера ограничивается тайм-аутом
удержания маркера, после истечение которого станция обязана передать маркер
далее по кольцу.
В сетях Token Ring 16 Мб/с используется также несколько другой алгоритм
доступа к кольцу, называемый алгоритмом раннего освобождения маркера
(Early Token Release). В соответствии с ним станция передает маркер доступа
следующей станции сразу же после окончания передачи последнего бита кадра,
не дожидаясь возвращения по кольцу этого кадра с битом подтверждения
приема. В этом случае пропускная способность кольца используется более
эффективно и приближается к 80 % от номинальной.
Для различных видов сообщений передаваемым данным могут назначаться
различные приоритеты.
Каждая станция имеет механизмы обнаружения и устранения
неисправностей сети, возникающих в результате ошибок передачи или
переходных явлений (например, при подключении и отключении станции).
Не все станции в кольце равны. Одна из станций обозначается как
активный монитор, что означает дополнительную ответственность по
управлению кольцом. Активный монитор осуществляет управление тайм-аутом
в кольце, порождает новые маркеры (если необходимо), чтобы сохранить
рабочее состояние, и генерирует диагностические кадры при определенных
обстоятельствах.
Активный
монитор
выбирается,
когда
кольцо
инициализируется, и в этом качестве может выступить любая станция сети. Если
монитор отказал по какой-либо причине, существует механизм, с помощью
которого другие станции (резервные мониторы) могут договориться, какая из
них будет новым активным монитором.
Архитектура сети 100VG - AnyLAN
В качестве альтернативы технологии Fast Ethernet компаниями AT&T и HP
был выдвинут проект новой технологии со скоростью передачи данных 100 Мб/с
- 100Base-VG. В этом проекте было предложено усовершенствовать метод
доступа с учетом потребности мультимедийных приложений, при этом
сохранить совместимость формата пакета с форматом пакета сетей 802.3. В
сентябре 1993 года по инициативе фирм IBM и HP был образован комитет IEEE
802.12, который занялся стандартизацией новой технологии. Проект был
расширен за счет поддержки в одной сети кадров не только формата Ethernet, но
и формата Token Ring. В результате новая технология получила название
100VG-AnyLAN, то есть технология для любых сетей (Any LAN - любые сети),
имея в виду, что в локальных сетях технологии Ethernet и Token Ring
используются в подавляющем количестве узлов.
Летом 1995 года технология 100VG-AnyLAN получила статус стандарта
IEEE 802.12.
130
В технологии 100VG-AnyLAN определены новый метод доступа Demand
Priority и новая схема квартетного кодирования Quartet Coding, использующая
избыточный код 5В/6В.
Метод доступа Demand Priority основан на передаче концентратору
функций арбитра, решающего проблему доступа к разделяемой среде. Метод
Demand Priority повышает коэффициент использования пропускной способности
сети за счет введения простого, детерминированного метода разделения общей
среды, использующего два уровня приоритетов: низкий - для обычных
приложений и высокий - для мультимедийных.
Технология 100VG-AnyLAN имеет меньшую популярность среди
производителей коммуникационного оборудования, чем конкурирующее
предложение - технология Fast Ethernet. Компании, которые не поддерживают
технологию 100VG-AnyLAN, объясняют это тем, что для большинства
сегодняшних приложений и сетей достаточно возможностей технологии Fast
Ethernet, которая не так заметно отличается от привычной большинству
пользователей технологии Ethernet. В более далекой перспективе эти
производители предлагают использовать для мультимедийных приложений
технологию АТМ, а не 100VG-AnyLAN.
И хотя в число сторонников технологии 100VG-AnyLAN одно время
входило около 30 компаний, среди которых Hewlett-Packard и IBM, Cisco
Systems и Cabletron, общим мнением сетевых специалистов является
констатация отсутствия дальнейщих перспектив у технологии 100VG-AnyLAN.
Архитектура сети FDDI
Технология Fiber Distributed Data Interface - первая технология локальных
сетей, которая использовала в качестве среды передачи данных оптоволоконный
кабель.
Попытки применения света в качестве среды, несущей информацию,
предпринимались давно - еще в 1880 году Александр Белл запатентовал
устройство, которое передавало речь на расстояние до 200 метров с помощью
зеркала, вибрировавшего синхронно со звуковыми волнами и модулировавшего
отраженный свет.
Работы
по
использованию
света
для
передачи
информации
активизировались в 1960-е годы в связи с изобретением лазера, который мог
обеспечить модуляцию света на очень высоких частотах, то есть создать
широкополосный канал для передачи большого количества информации с
высокой скоростью. Примерно в то же время появились оптические волокна,
которые могли передавать свет в кабельных системах, подобно тому, как медные
провода передают электрические сигналы в традиционных кабелях. Однако
потери света в этих волокнах были слишком велики, чтобы они могли быть
использованы как альтернатива медным жилам. Недорогие оптические волокна,
обеспечивающие низкие потери мощности светового сигнала и широкую полосу
пропускания (до нескольких ГГц) появились только в 1970-е годы. В начале
1980-х годов началось промышленная установка и эксплуатация
131
оптоволоконных каналов связи для территориальных телекоммуникационных
систем.
В 1980-е годы начались также работы по созданию стандартных технологий
и устройств для использования оптоволокнных каналов в локальных сетях.
Работы по обобщению опыта и разработке первого оптоволоконного стандарта
для локальных сетей были сосредоточены в Американском Национальном
Институте по Стандартизации - ANSI, в рамках созданного для этой цели
комитета X3T9.5.
Начальные версии различных составляющих частей стандарта FDDI были
разработаны комитетом Х3Т9.5 в 1986 - 1988 годах, и тогда же появилось первое
оборудование - сетевые адаптеры, концентраторы, мосты и маршрутизаторы,
поддерживающие этот стандарт.
В настоящее время большинство сетевых технологий поддерживают
оптоволоконные кабели в качестве одного из вариантов физического уровня, но
FDDI остается наиболее отработанной высокоскоростной технологией,
стандарты на которую прошли проверку временем и устоялись, так что
оборудование различных производителей показывает хорошую степень
совместимости.
Технология FDDI во многом основывается на технологии Token Ring,
развивая и совершенствуя ее основные идеи. Разработчики технологии FDDI
ставили перед собой в качестве наиболее приоритетных следующие цели:
 Повысить битовую скорость передачи данных до 100 Мб/с.
 Повысить отказоустойчивость сети за счет стандартных процедур
восстановления ее после отказов различного рода - повреждения кабеля,
некорректной работы узла, концентратора, возникновения высокого
уровня помех на линии и т.п.
 Максимально эффективно использовать потенциальную
пропускную способность сети как для асинхронного, так и для
синхронного трафиков.
Сеть FDDI строится на основе двух оптоволоконных колец, которые
образуют основной и резервный пути передачи данных между узлами сети.
Использование двух колец
- это основной способ повышения
отказоустойчивости в сети FDDI, и узлы, которые хотят им воспользоваться,
должны быть подключены к обоим кольцам. В нормальном режиме работы сети
данные проходят через все узлы и все участки кабеля первичного (Primary)
кольца, поэтому этот режим назван режимом Thru - "сквозным" или
"транзитным". Вторичное кольцо (Secondary) в этом режиме не используется.
В случае какого-либо вида отказа, когда часть первичного кольца не может
передавать данные (например, обрыв кабеля или отказ узла), первичное кольцо
объединяется со вторичным (рис. 3.21), образуя вновь единое кольцо. Этот
режим работы сети называется Wrap, то есть "свертывание" или "сворачивание"
колец. Операция свертывания производится силами концентраторов и/или
132
сетевых адаптеров FDDI. Для упрощения этой процедуры данные по первичному
кольцу всегда передаются против часовой стрелки, а по вторичному - по
часовой. Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики
станций по-прежнему остаются подключенными к приемникам соседних
станций, что позволяет правильно передавать и принимать информацию
соседними станциями.
В следующей таблице представлены результаты сравнения технологии
FDDI с технологиями Ethernet и Token Ring.
Характеристика
FDDI
Ethernet
10 Мб/с
Token Ring
Битовая скорость
100 Мб/с
Топология
Двойное кольцо
Шина/звезда
деревьев
Звезда/кольцо
Метод доступа
Доля от времени
CSMA/CD
оборота токена
Приоритетная
система
резервирования
Среда передачи
данных
Толстый
Многомодовое коаксиал,
оптоволокно,
тонкий
неэкранированн коаксиал,
ая витая пара
витая пара,
оптоволокно
Экранированная и
неэкранированная
витая пара,
оптоволокно
Максимальная
длина сети (без
мостов)
200 км (100 км
на кольцо)
2500 м
1000 м
Максимальное
расстояние между
узлами
2 км (-11 dB
потерь между
узлами)
2500 м
100 м
1024
260 для
экранированной
витой пары, 72 для
неэкранированной
витой пары
Максимальное
количество узлов
500 (1000
соединений)
Тактирование и
восстановление
после отказов
Распределенная
реализация
Не
тактирования и
определены
восстановления
после отказов
16 Мб/c
Активный монитор
133
Архитектура сети ARC-Net
Это технология, которая организует логическое кольцо на физической
звезде. Доступ станций в сеть организуется в опредёлённой последовательности.
Получив маркер (token) станция удерживает его определенное время (тайм-аут)
и затем передаёт дальше. В момент, когда маркер у станции она может
передавать информацию в сеть. Если временного промежутка не хватает,
станции прекращает передачу и отдаёт маркер следующей станции.
Каждая станция знает своего предшественника и преемника.
4.
Высокоскоростной доступ пользователей к ресурсам Интернет
по каналам сети кабельного телевидения.
Data Over Cable Service Interface Specifications (DOCSIS) - стандарт
передачи данных по телевизионному кабелю.
В 1998 г. на сессии рабочей группы ITU в Женеве был одобрен
основополагающий стандарт J.112, определяющий методы передачи данных по
сетям кабельного телевидения. Базируясь на основе стандартов ITU J.112 и J.83,
консорциумом CableLabs в сотрудничестве с широким кругом производителей
оборудования был разработан единый международный стандарт, известный под
названием Data Over Cable Service Interface Specification (DOCSIS).
Этот стандарт предусматривает передачу данных абоненту по сети
кабельного телевидения с максимальной скоростью до 42 Мбит/с. (при ширине
полосы пропускания 6 МГц и использовании многопозиционной амплитудной
модуляции 256 QAM) и получение данных от абонента со скоростью до 10,24
Мбит/с. Он призван сменить господствовавшие ранее решения на основе
фирменных протоколов передачи данных и методов модуляции, несовместимых
друг с другом, и должен гарантировать совместимость аппаратуры различных
производителей.
Принятыe ITU документы содержат также три приложения, учитывающие
специфические особенности американского, европейского и японского рынков
услуг CATV и используемые в этих регионах стандарты (NTSC, PAL, SECAM).
Существует несколько версий спецификации DOCSIS:

DOCSIS 1.0

DOCSIS 1.1

DOCSIS 2.0

DOCSIS 3.0

EuroDOCSIS
134
EuroDOCSIS регламентирует принятое для Европы распределение частот
прямого и обратного канала, оговаривает работу c полосой 8 МГц.
Стандарт DOCSIS 1.1 дополнительно предусматривает наличие
специальных
механизмов,
улучшающих
поддержку
IP-телефонии,
уменьшающих задержки при передаче речи (например, механизмы
фрагментации и сборки больших пакетов, организации виртуальных каналов и
задания приоритетов).
DOCSIS имеет прямую поддержку IP протокола с нефиксированной длиной
пакетов, в отличие от DVR-RC, который использует ATM Cell transport для
передачи IP пакетов (то есть, IP пакет сначала переводится в формат ATM,
который затем передаётся по кабелю; на другой стороне производится обратный
процесс). Фиксированый размер ATM пакетов не позволяет работать таким
службам, как Voice over IP (передача голосовой и видеоинформации) —
недостаток, которого лишён DOCSIS. К тому же, большинство IP пакетов
немного больше ATM пакетов, поэтому для передачи одного IP пакета
приходится использовать два ATM пакета, что приводит к потерям в 30-50%,
чем и обусловлена меньшая эффективность и производительность этого
стандарта.
DOCSIS
EuroDOCSIS
Прямой
канал
(Down)
Обратный
канал (Up)
Прямой
канал
(Down)
Обратный
канал (Up)
1.x
42.88 (38)
Мбит/с
10.24 (9)
Мбит/с
55.62 (50)
Мбит/с
10.24 (9)
Мбит/с
2.0
42.88 (38)
Мбит/с
30.72 (27)
Мбит/с
55.62 (50)
Мбит/с
30.72 (27)
Мбит/с
3.0
4channel
+171.52
(+152)
Мбит/с
+122.88 (+108)
Мбит/с
+222.48
(+200)
Мбит/с
+122.88 (+108)
Мбит/с
3.0
8channel
+343.04
(+304)
Мбит/с
+122.88 (+108)
Мбит/с
+444.96
(+400)
Мбит/с
+122.88 (+108)
Мбит/с
Version
135
Передача данных «сверху вниз» — к пользователю, или в Down-канале —
выполняется передающим устройством головного оборудования (бриджа);
скорость передачи информации — максимальная, поскольку весь частотный
ресурс используется единственным устройством (поэтому конфликтов при
выделении ресурса не возникает). Передача информации «снизу вверх» (в Upканале) может выполняться кабельным модемом, который отвечает техническим
требованиям, предъявляемым Предприятием, и сертифицирован на соответствие
стандарту DOCSIS, а в качестве протокола доступа реализована процедура
МДВР (многостанционный доступ с временным разделением каналов),
снижающая вероятность возникновения конфликта передач.
DOCSIS 2.0
Трудности периода реконструкции сетей (прежде всего — шумы высокой
интенсивности в обратном канале) заставили ускорить переход ко второму
поколению стандарта DOCSIS, обладающего преимуществами, которые стали
актуальными:

более высокая помехоустойчивость,

втрое большая пропускная способность обратного канала.
DOCSIS 3
В ближайшем будущем в дополнение к расширению зоны покрытия,
произошедшему в результате реконструкции сетей, компания планирует начать
предоставление услуг телефонной связи и мультимедийных сервисов. Конечно
это приведет и существенному повышению объемов потребляемого трафика.
технические возможности которого будут существенно выше современного,
например, пропускную способность одного прямого канала намечено увеличить
до 200, а обратного — до 100 МБит/сек.
Главное отличие DOCSIS 3.0 от 2.0 в том, что в DOCSIS 3.0 каналы на
кабельном модеме можно объединять, тем самым, увеличивая скорость.
Объединяются 4 прямых и 6 обратных. Технические возможности будут
существенно выше современного, например, пропускную способность одного
прямого канала намечено увеличить до 200, а обратного — до 100 МБит/сек.
Кабельные IP-сети традиционно считаются средой с плохой защитой
передаваемых данных. Около 11% пользователей кабельных сетей США
получают услуги нелегальным образом.
Рост проблем ускоряется активным распространением информации об
уязвимых местах технологии DOCSIS в прессе и на сайтах Интернет. Известно,
что запреты на подобные публикации не дадут должного эффекта. Единственно
действенный способ борьбы — техническая защита сети. В спецификациях
DOCSIS заложено множество механизмов защиты, использование которых
позволяет поддержать не меньшую безопасность и надежность передачи данных,
нежели в других сетях доступа.
136
5.
Технологии передачи данных по электрическим сетям
Технология PLC (Power Line Communications) применяется для создания
высокоскоростной среды передачи данных по силовым электрическим кабелям.
Для внедрения такой системы не требуется постройка дополнительной
инфраструктуры, так как электропроводка существует в любом здании и
помещении. С помощью специальных устройств (они трансформируют сигнал)
доступ к различным информационным и телекоммуникационным сетям может
быть обеспечен через обычную комнатную розетку. При этом, как показали
испытания, передача данных «через розетку» не будет влиять на общую систему
энергоснабжения — так называемые «силовой» и «информационный» потоки
проходят независимо друг от друга. Внешнее оборудование доступа
располагается на локальной трансформаторной подстанции, где и подключается
к телефонной сети или IP-магистрали. Внутри зданий, в свою очередь,
размещаются внутренние PLC-контроллеры, которые организуют абонентскую
сеть. Пользователь для подключения к информационной магистрали использует
специальные адаптеры, которые включаются в розетки сети электропитания.
Адаптеры имеют набор стандартных интерфейсов типа USB, RS-232, Ethernet и
др. для подключения различных терминалов: компьютеров, факсов, телефонов.
Преимущества PLC огромны: технология не требует наличия кабельных
сетей и, следовательно, дорогостоящих работ, связанных с прокладкой
дополнительного кабеля; обеспечивает предоставление услуг практически во всех
местах, где есть электропроводка; работает на основе относительно недорогого
оборудования, что обеспечивает низкие начальные капиталовложения; очень
быстро развертывается; предоставляет возможность не только высокоскоростного
доступа в Интернет, но и телефонной связи (локальной, с выходом в городские
телефонные сети), а также возможность управления «интеллектуальным домом»
(автоматическое снятие показаний различных счетчиков, дистанционный
мониторинг, сигнализация, выставление счетов и др.).
При подключении к сети компьютеров удается организовать доступ в
Интернет на скоростях до 400 Мбит/с. Динамично внедряет PLC ведущий
поставщик электроэнергии в Германии компания RWE. Аналогичные проекты
запущены в Италии, Шотландии и Швеции.
В США развитие новой технологии сдерживается как местной спецификой
энергетической инфраструктуры, так и широкой распространенностью других
средств широкополосной связи. Впрочем, и здесь делаются попытки построить
системы связи поверх электрических сетей "среднего напряжения", в первую
очередь для организации так называемых домашних сетей. Над развитием
технологии powerline работают такие компании, как Cisco, Motorola и Sharp.
Трудности для развития сети в России определяются тем, что наша
электрическая проводка сделана в основном из алюминия, а не из меди, которая
137
используется в большинстве стран мира. Алюминиевые провода обладают
худшей электропроводностью, что приводит к более быстрому затуханию
сигнала. Другая проблема заключается в том, что у нас до сих пор не решены
основные вопросы нормативно-правового регулирования использования таких
технологий. Основным фактором, сдерживающим быстрое развитие
высокоскоростных систем PLC, является отсутствие стандартов на
широкополосные PLC-системы, и, как следствие, большой риск несовместимости
с другими службами, использующими те же или близкие диапазоны частот. В
2001 году международный консорциум HomePlug Powerline Alliance принял
отраслевой стандарт для построения домашних сетей через линии бытовой
электропроводки — спецификацию HomePlug 1.0. Но этот стандарт
регламентирует построение «домашних» сетей, то есть сетей в пределах одной
квартиры (коттеджа).
6.
Системы телеобработки данных
Системы телеобработки данных (СТОД), весьма популярные и
распространенные в 70-х годах, являются прообразом вычислительных сетей и
применяются:

для дистанционного централизованного решения задач абонентов;

для сбора данных, которые считываются на абонентских пунктах (АП) с
промежуточного носителя или с дисплея и передаются в компьютер;

при выдаче справок: компьютер обрабатывает запрос, полученный с АП;
ответ отсылается на АП;

для решения задач, связанных с коммутацией сообщений: данные вводятся
с одного АП и почти без обработки выводятся на другой АП;

для управления компьютером, когда АП используется в качестве пульта
оператора компьютера.
Поскольку технические средства, применяемые в системах телеобработки,
аналогичны тем, которые применяются в сетях, рассмотрим их использование в
СТОД несколько подробнее.
Под техническими средствами телеобработки понимается совокупность
технических средств системы, обеспечивающих ввод данных в систему,
передачу данных по каналам связи, сопряжение каналов связи с компьютером,
обработку данных и выдачу конечных данных абоненту.
Наряду с техническими средствами для осуществления режима
телеобработки у компьютера должно иметься и достаточно сложное
программное обеспечение, выполняющее такие функции, как:
 обеспечение работы компьютера в различных режимах телеобработки;
 управление сетью телеобработки данных;
 управление очередями сообщений;
 редактирование сообщений и работа с ошибочными сообщениями и т. п.
Телеобработка информации является основным режимом обработки данных
в вычислительных центрах коллективного пользования.
138
Телеобработка данных может быть реализована в одном из двух режимов:
 в режиме пакетной обработки (offline);
 в диалоговом режиме (online).
Любая система телеобработки информации включает в себя как минимум
четыре основные группы технических средств:
 электронную вычислительную машину (одну или несколько);
 аппаратуру передачи данных (АПД);
 устройство сопряжения (УС) компьютера с аппаратурой передачи
данных (линейные адаптеры, мультиплексоры передачи данных,
связные процессоры, осуществляющие электрическое и логическое
согласование работы машины и АПД;
 абонентские пункты (АП), осуществляющие взаимодействие абонента
с системой и обеспечивающие ввод и вывод данных в систему.
Более разветвленные системы телеобработки информации могут включать в
себя также устройства удаленного согласования (УУС) — поочередного или
одновременного подключения разных абонентов к одному каналу связи за счет
использования различных способов уплотнения передачи информации:
коммутаторы, концентраторы, удаленные мультиплексоры, периферийные
связные процессоры.
Блок-схема типовой СТОД показана на рис.6
Рис. 6 Блок-схема типовой СТОД
Устройства сопряжения могут быть различными.
Линейные адаптеры — это одноканальные устройства сопряжения,
обеспечивающие согласование канала ввода-вывода компьютера с одним каналом
передачи данных. Они выполняют следующие функции:
 согласование формы и амплитуды электрических сигналов компьютера
и АПДц а последовательно-параллельное и обратное ему
преобразование данных;
 распознавание, введение и устранение служебных синхронизирующих
сигналов, обнаружение ошибок в принимаемых сигналах — контроль
достоверности их формы.
Все указанные функции линейные адаптеры реализуют, как правило,
схемным: путем, поэтому их сложность с увеличением количества выполняемых
функцийсущественно растет. Для каждого типа каналов связи (телефонных и
телеграфных,
коммутируемых
и
некоммутируемых,
широкополосных)
выпускаются свой адаптеры. В современных СТОД и вычислительных сетях
линейные адаптеры в автономном варианте используются редко, обычно они
включаются в составе более развитых устройств.
Мультиплексоры передачи данных (МПД) или групповые адаптеры — это
139
многоканальные устройства согласования. Помимо функций, выполняемых
линейными адаптерами, они реализуют:
 поочередное подключение разных терминальных устройств и работу с
ними
 обмен информацией с компьютером по его командам;
 промежуточное накопление и хранение (буферизацию) данных;
 преобразование кодов данных, контроль достоверности данных с
обнаружением, а иногда и с автоматическим исправлением ошибок;
 контроль работоспособности устройств согласования.
МПД
бывают
непрограммируемые
и
программируемые.
Непрограммируемый (аппаратные) реализуют свои функции схемным путем, что
обусловливает их специализацию по отношению к структуре информационной
сети и протокола ее работы — возможна лишь подстройка аппаратных МПД к
различным типаж АПД путем замены линейных адаптеров, входящих в состав
мультиплексоров. Программируемые МПД адаптируются (подстраиваются) к
разнообразным, и сложным, информационным сетям, отличающимся по скорости
передачи данных, используемым кодам и форматам сообщений, режимам
обслуживания абонентов, протоколами управления обменом данными и т. д.,
программным путем. Развитые МПД этой группы имеют оперативную и
постоянную память, устройство управления и арифметико-логическое устройство,
то есть их структура подобна структуре компьютера и они могут выполнять
некоторые логические и арифметические преобразования информации.
Связные процессоры по сути представляют собой микрокомпьютеры,
оснащенные программными средствами и сменными линейными адаптерами,
обеспечивающими сопряжение их с АПД, основным компьютером, а иногда и с
ВЗУ большой емкости.
Целесообразность применения связного процессора совместно с
высокопроизводительным основным компьютером обусловлена следующим.
Управление сложной системой телеобработки данных, а тем более сетью, требует
обработки большого числа обращений в режиме реального времени, то есть
связанных с прерыванием вычислений и обслуживанием этих прерываний, что
резко снижает производительность компьютера. Согласно статистике, компьютер
затрачивает до 75% своего времени на управление сложной сетью, при этом МП
загружается незначительно. Связной процессор берет на себя реализацию почти
всех функций управления сетью, тем самым высвобождая дорогостоящее время
основного компьютера. Кроме того, связной процессор значительно увеличивает
гибкость системы путем программной настройки устройства согласования.
Наконец, удаление связного процессора от компьютера к периферии (удаленный
связной процессор) позволяет для решения несложных задач приблизить
вычислительные мощности к абонентам и тем самым снизить загрузку каналов
передачи данных.
Таким образом, возможные эффективные варианты использования связного
процессора связаны с выполнением следующих функций:
 сопряжение основного компьютера с АПД, управление процедурами обмена
140
данных между компьютером и абонентами (связной процессор
устанавливается в этом случае рядом с основным компьютером и часто
называется входным процессором);
 накопление и уплотнение (сжатие) данных и увеличение скорости передачи
по каналам связи данных, поступающих от низкоскоростных терминалов
(связной процессор устанавливается на противоположной от компьютера
стороне системы передачи данных и его называют удаленным связным
процессором);
 выполнение тривиальных приложений непосредственно у абонента, а также
предварительная первичная обработка и группировка данных и передача
промежуточных результатов на основной компьютер для их дальнейшей
обработки по сложным алгоритмам (связной процессор входит в состав
абонентского терминального комплекса и называется периферийным
процессором);
 локальное управление работой непосредственно к нему подключенных
терминалов (связной процессор устанавливается у абонента и называется
управляющим периферийным процессором).
В состав устройств удаленного согласования, как уже упоминалось, могут
входить: коммутаторы, концентраторы, удаленные МПД, удаленные
процессоры.В СТОД обычно используются простейшие коммутаторы и
концентраторы.
Коммутаторы, наиболее простые их них, служат для поочередного
подключения нескольких входных каналов связи к одному выходному без
изменения скорости передачи. Следует сказать, что сложные сетевые устройства
коммутации (сетевые! коммутаторы), названные выпускающей их фирмой
коммутаторами, часто выполняют значительно больший объем функций, в том
числе свойственных концентраторам, маршрутизаторам и связным процессорам.
Концентраторы осуществляют переключение потока данных из канала
(каналов) на другой (другие). В СТОД концентраторы, являющиеся устройствами
удаленного согласования, обычно переключают потоки данных от нескольких
низкоскоростных каналов на меньшее число более скоростных методом
асинхронно-временного уплотнения.
ПРИМЕЧАНИЕ:
В настоящее время нет устоявшейся терминологии относительно понятий
коммутатор, концентратор (Hub), повторитель (Repiter), мост (Brige). В
компьютерных сетях используются коммутаторы и концентраторы пакетов
данных. При этом: обычно под концентратором имеется в виду простейшее
коммутирующее устройство (типа классического коммутатора), а под
коммутатором — более сложное интеллектуальное устройство, выполняющее
логическое соединение канала, передающего пакет, с каналом, обеспечивающим
доступ к приемнику, для которого этот пакет в соответствии со своим заголовком
(адресной частью) предназначен.
Удаленные мультиплексоры (в дополнение к функциям их не удаленных
собратьев) осуществляют объединение нескольких низкоскоростных каналов
141
связи один более скоростной методом частотного, временного (чаще
синхронного) кодового уплотнения.
Таким образом, коммутаторы выполняют процедуру переключения каналов,
не! затрагивая структуры данных, в то время как концентраторы и
мультиплексоры могут осуществлять коммутацию данных с некоторым
преобразованием последних.
При частотном уплотнении каждому абоненту в широкополосном канале
отводится своя узкая полоса частот, на которой он может передавать данные; на
выходе широкополосного канала стоят частотные фильтры, настроенные каждый
на свою полосу, которые вновь разделяют информацию абонентов.
При синхронном временном уплотнении каждому абоненту, вне зависимости
от того, работает он или нет, отводятся в скоростном канале свои жесткие,
циклически повторяющиеся временные интервалы для передачи данных.
При асинхронном временном уплотнении временные интервалы для
передачи данных по скоростному каналу предоставляются абонентам в
соответствии с поступающими от них запросами.
При кодовом уплотнении выполняется модуляция данных псевдослучайным
шумовым сигналом и сжатие информации путем применения специальных кодов,
например форматов MPEG, GIF, TIFF и т. д.
Мультиплексоры с частотным и кодовым уплотнениями могут работать
совместно с концентраторами, так как они хорошо дополняют друг друга, и их
совместное использование позволяет еще больше уплотнить передаваемые
данные. Абонентский пункт (АП) представляет собой комплекс терминальных
устройств, с помощью которых пользователь (абонент) системы телеобработки
данных может вводить в систему и получать из системы всю необходимую
информацию. Для этой цели АП содержат аппаратуру для ввода, вывода,
передачи, а иногда и подготовки, несложной обработки, хранения и автономной
распечатки данных. В качестве аппаратуры ввода-вывода в разных типах АП
применяются самые разнообразные устройства, отличающиеся типом носителя,
скоростью работы, способом связи с оператором. Наибольшее распространение
среди них получили клавиатуры, телетайпы, пишущие машинки, дисплеи,
быстродействующие устройства цифровой и буквенно-цифровой печати.
На базе АП строятся автоматизированные рабочие места специалистов
(АРМ). АП, включающие в свой состав аппаратуру обработки данных (МП или
ПК), называются интеллектуальными. Система телеобработки в этом случае
представляет собой типичную локальную вычислительную сеть (радиальной
топологии). Аппаратура передачи данных состоит из следующих устройств:
 устройства преобразования сигналов (УПС);
 устройства защиты от ошибок (УЗО);
 вызывные устройства.
УПС преобразует сигналы, поступающие от терминального оборудования, в
вид, пригодный для их передачи по используемым каналам связи, и наоборот,
сигналы, поступающие по каналу связи, преобразует к виду, воспринимаемому
терминальной аппаратурой. В качестве УПС обычно используются модемы и
142
сетевые карты — они подробнее рассмотрены несколько ниже.
УЗО вводятся в систему для обеспечения достоверности передачи
информации — они реализуют процедуры обнаружения и, реже, автоматического
исправления ошибок. Обнаружение ошибок осуществляется либо посредством
анализа формы поступившего сигнала, либо путем арифметического подсчета
контрольных символов, дополнительно введенных по разным алгоритмам в
передаваемую информацию (информационная избыточность). Использование
информационной
избыточности
во
многих
случаях
оказывается
предпочтительнее, так как обеспечивает большую обнаруживающую способность,
а иногда позволяет осуществить и автоматическое исправление ошибок (см.
раздел «Помехозащищенное кодирование информации» главы 20 «Качество и
эффективность информационных систем»).
Вызывные устройства необходимы в АПД только при работе по
коммутируемым каналам связи для соединения с вызываемым абонентом. Такие
устройства могут быть ручными и автоматическими.
7.
Асинхронная коммуникация в режиме в режиме электронной
почты.
До недавнего времени «три кита» обусловливали популярность Интернета:
 электронная почта (e-mail), позволяющая в считанные минуты переслать
сообщение из одного пункта Сети в другой, удаленный на десятки тысяч
километров. При этом электронное письмо может содержать как текстовые,
так и звуковые, и графические, и программные файлы; может отправляться
в лю-1 бое время дня и ночи, доставляться до востребования в
«электронный почт вый ящик» (вплоть до сообщений самым
высокопоставленным государственным и деловым деятелям); посылаться
сразу по многим адресам (при рекла товара, например); по электронной
почте, используя сеть USENET, моя получать самые свежие мировые
новости, читать сообщения в телеконференциях и участвовать в
проходящих там обсуждениях; можно совершать бинес-сделки (заказывать
товар и оплачивать его);
 служба FTP (File Transfer Protocol — протокол передачи файлов),
позволяющая перемещать файлы с одного компьютера на другой;
 служба Telnet, обеспечивающая интерактивный доступ к удаленному
компьютеру.
Но причинами наиболее стремительного взлета популярности сети Интернет
стали:
 возможность работы с этой сетью не с помощью командной строки ОС
UNIX а используя программы Windows и средства мультимедиа;
 появление технологии WWW (World Wide Web — Всемирная паутина,
иначе, всемирная информационная сеть).
WWW позволяет не только путешествовать по всему свету, наслаждаясь
достоинствами мультимедийных технологий, удобно использовать все средства
Сети, и, что особенно важно, углубленно погружаться в избранную проблему с
143
помои технологии гипертекста. Функции, частично аналогичные WWW,
выполняет технология Gopher, но в ней применена концепция меню. В меню
перечисляется информация по различным темам, подобно тому, как это делается в
оглавлении. Строка меню представляет либо тематические подменю, либо файлы.
Таким образом пользователи могут легко найти, а выбрав строку меню, и
прочитать, файлы, имеющиеся на серверах сети, где бы они не находились.
Gopher поддерживает разные типы файлов — текстовые, звуковые, программные
и т. д. Прежде чем рассмотреть некоторые технологии более подробно,
познакомимся с укрупненной классификацией услуг, предоставляемых
Интернетом. Услуги Интернета можно условно разделить по временному
интервалу получения информации на сервисы отложенного ответа, сервисы
непосредственно прямого обращения и сервисы интерактивного взаимодействия.
Услуги, относящиеся к группе отложенного ответа, наиболее распространены
(режим offline), они универсальны и наименее требовательны к ресурсам
компьютера и к каналам связи. Основной признак этой группы — запрос и ответ
на него (получение информации по запросу) могут быть существенно разделены
во времени.
Услуги прямого обращения характеризуются тем, что информация по
запросу возвращается немедленно, но от получателя информации неотложной
реакции не требуется — он может прочитать ее в любой удобный для него момент
времени.
Интерактивные услуги подразумевают безотлагательное получение ответа на
запрос и требуют незамедлительной реакции на полученную информацию.
Электронная почта (e-mail) обеспечивает оперативную передачу
сообщений из одного пункта Сети в другой, но является типичным видом услуг
отложенного ответа. Отправлять и получать сообщения по этой почте можно в
любое время дня и ночи. Важное достоинство электронной почты заключается в
том, что удаленность адресата практически не играет никакой роли с точки зрения
не только скорости доставки, но и ее стоимости (оплачивается лишь время
подключения провайдером вашего компьютера к сети Интернет, естественно, по
расценкам провайдера).
Электронное письмо приходит сразу же после его отправления и хранится в
почтовом ящике (выделенном месте на хост-компьютере) до получения
адресатом. Кроме текста оно способно содержать графические, звуковые и
видеофайлы, а также программы. Электронные письма могут отправляться сразу
по нескольким адресам. Пользователь Интернета с помощью электронной почты
получает доступ к различным услугам Сети, так как основные сервисные
программы Интернета имеют интерфейс с данной службой. Суть используемой
при этом технологии заключается в том, что на хост-компьютер отправляется
запрос в виде электронного письма. Текст письма содержит набор стандартных
фраз, которые и обеспечивают доступ к нужным функциям. Такое сообщение
воспринимается компьютером как команда и выполняется им.
144
Для работы в режиме обмена корреспонденцией по электронной почте
необходимы специальные программы. Существуют два основных стандарта email:
Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), разработанный IETF (Internet
Engine¬ering Task Force);
X.400, созданный International Telecommunications Union.
Стандарт SMTP привлекателен простотой, дешевизной, множеством
сервисных функций и вследствие этого получил чрезвычайно широкое
распространение, в частности в сети Интернет. Существует также протокол POPS
(Post Office Protocol), отличающийся от SMTP в основном тем, что в этом
варианте клиент работает с программой, установленной на сервере провайдера, а
не на своем компьютере. Стандарт Х.400 отличается строгостью, жесткой
стандартизацией, наличием коммерческих операторов с гарантированным
уровнем сервиса, поддержкой большого числа национальных кодировок. Этот
стандарт ввиду названных особенностей пользуется большой популярностью
среди государственных организаций всего мира при работе, в частности, по
правительственным телекоммуникационным линиям.
В принципе, солидная фирма должна внедрить у себя оба вида почты. Х.400,
как более предсказуемая в своем поведении и надежная (но более дорогая), может
служить для ответственных «денежных» приложений, в то время как почта
Интернета, работающая по стандартам SMTP и РОРЗ, будет применяться как
более дешевое, но менее надежное средство.
Из множества программ электронной почты, работающих под управлением
Windows в стандартах SMTP/POPS, можно назвать, например:
 Outlook Express, используемая совместно с браузером MS Internet
Explorer;
 Netscape Mail, входящая в состав пакета Netscape;
 популярная в России The Bat молдавской компании KIT Research Labs;
 Mail, HotMail, Hotbox и другие бесплатные почтовые серверы в
Интернете;
 офисное приложение Microsoft Outlook;
 dMail компании «Демос»;
 «МиниХост Интернет Клиент» компании «Суперфизика»;
 AllegroMail компании Duke Software Solutions;
 Eudora компании Qualcomm (одна из первых e-mail программ) и многие
другие.
Почти все эти программы выполняют следующие функции:
 подготовку текста сообщения;
 отсылку и прием корреспонденции;
 чтение и сохранение корреспонденции;
 удаление сообщений;
 ввод адреса (адресов) корреспондента;
 включение в создаваемые сообщения вложений — текстовых,
графических, файлов, аудио- и видеофайлов;
145
 вставку в сообщение электронной подписи или визитной карточки
отправивителя;
 ведение электронной адресной книги;
 комментирование и пересылку полученной корреспонденции другим
абонентам;
 поиск нужной корреспонденции по заданным критериям;
 импорт (прием и преобразование текста в нужный формат) других
файлов;
 отложенную отправку почты;
 рассылку корреспонденции по нескольким адресам;
 периодическую проверку новой почты;
 управление модемом для установления IP-соединения;
 сортировку сообщений по «папкам».
Вот, например, фрагмент сообщения почтовой службы Hotbox.ru о своих
услугах (рис. 7).
Следует заметить, что, хотя сообщения можно составлять и в собственном
текстовом редакторе программы электронной почты, из-за ограниченности его
возможностей обработку текстов большого размера лучше выполнять внешним
редактором. При отправке такого текста программа электронной почты имеет
возможность! его скорректировать (например, произвести проверку орфографии).
Обычно программы электронной почты пересылают тексты в кодах ASCII,
Unicode и в двоичном формате. Код ASCII позволяет записывать только
неформатированный (plain) текст и не дает возможности передавать информацию
об особенностях национальных шрифтов. Unicode может отражать национальные
символы и знаки иероглифических систем. Для передачи комбинированных
сообщений (графика и текст), а также для передачи программ используются
двоичные файлы. Следует иметь в виду, что при участии в дискуссиях или в
составлении рассылочных списков необходимо оформлять сообщения в кодах
ASCII, которые понимает любой почтовый клиент. Сообщения, записанные
другими программами, можно отправлять, точно зная, что у корреспондента есть
такая же программа.
Hotbox.ru - это бесплатный сервис, предоставляющий широкие
возможности по работе с почтой и по созданию домашних страниц. Здесь
любой желающий может быстро пройти процедуру регистрации, получить
свой почтовый ящик и пользоваться им с помощью Web-интерфейса или с
помощью своей почтовой программы. Почтовые программы могут
работать с ящиком по стандартным протоколам РОРЗ или IMAP4 для
приема почты и SMTP для передачи почты.
Пользователю предоставляется 20 Мб памяти для хранения
корреспонденции и 20 Мб для создания своей странички. Максимальный
суммарный
размер
письма
-15
Мб,
максимальный
размер
прикладываемого файла -10 Мб, количество файлов ограничено только их
146
суммарным объемом (от 10 до 15 Мб в зависимости от типов файлов).
Количество записей в адресной книге не ограничено.
Вы можете зарегистрировать для себя адрес электронной почты в
любом из доменов [email protected], (gpochtamt.ru, @mailru.com, @pisem.net,
@krovatka.net, @rbcmail.ru - входящих в почтовую систему Hotbox.ru. Этот
адрес не зависит от провайдера интернет-услуг - Вы можете менять
провайдеров, но адрес останется неизменным.
Помимо почтовых ящиков, на сервере Hotbox.ru Вы можете бесплатно
зарегистрировать доменные имена третьего уровня и, таким образом,
бесплатно разместить в Сети виртуальный веб-сервер.
Защищенный режим работы Hotbox.ru (с использованием SSL)
обеспечивает надежную защиту передачи информации по протоколам
HTTPS, SMTP, IMAP4 и РОРЗ.
Настроив фильтры, вы избавите себя от ненужной почты и
назойливой рекламы. Доверив предварительную сортировку почты нам,
вы облегчите себе работу с корреспонденцией.
Вы сможете сделать переадресацию входящей корреспонденции на
любой адрес или несколько адресов.
Пользователям Hotbox.ru предоставляется англо-русский и русскоанглийский словарь-переводчик, а также проверка орфографии на двух
языках (русском и английском).
Рис. 7. Фрагмент сообщения почтовой службы Hotbox.ru
Специальный стандарт MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions —
многоцелевое расширение почты Интернета), поддерживаемый всеми
вышеназванными программами, позволяет вкладывать в символьные сообщения
любые двоичные файлы, включая графику, аудио- и видеофайлы. При отправке
сообщений по e-mail необходимо указывать в адресе не только имя хосткомпьютера, но и имя адресата, которому сообщение предназначено. Для каждого
пользователя на хост-компьютере может быть заведен свой каталог для получения
сообщений по электронной почте.
Формат адреса электронной почты должен иметь вид:
Имя_пользователя@адрес_хост-компыотера
Пользователь, имеющий выход в Интернет, может также отправлять
электронную почту и по адресам других сетей, подключенных к нему с помощью
шлюзов. В этом случае необходимо учитывать, что различные сети применяют
различную адресацию пользователей. Посылая сообщение по электронной почте в
другу сеть, следует учитывать принятую там систему адресации.
147
Рис. 8. Диалоговое окно программы Outlook Express
Последовательность процедур для организации передачи информации по
электронной почте:
 установить связь со своим хост-компьютером;
 запустить программу управления электронной почтой (например, щелкнуть
на рабочем столе на ярлыке Outlook Express или воспользоваться командой в
главном меню);
 в диалоговом окне Outlook Express (рис.8) нажать кнопку Создать сообщение
или выполнить команду меню Сообщение > Создать;
 в появившемся диалоговом окне (рис. 9) в поле Кому указать через точку с
запятой доменные адреса (адрес) электронной почты получателей
(получателя);
 в поле ввода Копия перечислить через точку с запятой адреса электронной
 почты всех получателей, кому должна быть доставлена копия сообщения;
 в поле Тема описать краткое содержание сообщения;
 в рабочем области ввести текст сообщения;
 вставить в сообщение электронную подпись, выполнив команду Вставка
Подпись. Электронная подпись содержит обычно ФИО отправителя, его
должность, название фирмы, телефон и т. д., но может включать в себя и
оригнальный придуманный автором текст. Электронная подпись
подготавливается заранее и хранится в папке. Создать ее проще всего по
команде Сервис > Параметры, и на вкладке Подписи нажать кнопку Создать;
 если нужно, прикрепить файл вложения с помощью команды Вставка >
Вложение файла или нажатием соответствующей кнопки на панели
инструментов с последующим выбором вкладываемого файла. Файлвложение может быть любым созданным заранее файлом (текстовым,
148
графическим, исполняемым и т. д.);
Рис. 9. Диалоговое окно Создать сообщение
 «положить» созданное письмо в папку Исходящие, нажав на панели
инструментов кнопку Отправить;
 отправить сообщение по электронной почте из папки Исходящие нажатием
кнопки Доставить сообщение.
Через несколько секунд ваше сообщение поступит хост-компьютеру
получателя по указанному адресу.
Адреса всех получателей могут быть введены вручную, либо взяты из
адресной книги. Чтобы воспользоваться имеющейся адресной книгой, следует
выполнить команду Сервис > Выбрать получателей. В появившемся окне из
списка выбрать нужных получателей, сопровождая выбор любого из них для
указания категории получателей последующим нажатием клавиш: Кому, Копия,
Скрытая копия. К категории «Скрытая копия» следует отнести тех получателей,
отсылку дубликата в чей адрес требуется сохранить в тайне.
Последовательность процедур для получения поступившего в ваш адрес
сообщения:
 установить связь со своим хост-компьютером;
 запустить программу управления электронной почтой (например, щелкнуть
на рабочем столе на ярлыке Outlook Express или воспользоваться командор в
главном меню);
 в диалоговом окне (см. рис. 8) открыть папку Входящие. В этой папке
находятся все сообщения, поступившие в адрес пользователя.
 в отведенной для этого области окна появится список всех поступивших
сообщений (еще не прочитанные сообщения помечены — обычно выделены
жирны шрифтом или сопровождаются словом new). В списке сообщений
будут указаны: порядковый номер сообщения, отправитель, дата и время
получения, а также строка «содержание» (тема), заполненная отправителем.
149
Чтобы прочитать нужное сообщение, следует дважды щелкнуть на нем левой
кнопкой мыши.
Последовательность действий для ответа на полученное сообщение.
 В диалоговом окне (см. рис. 8) нажать кнопку Ответить или выполнить
команду Сообщение > Ответить отправителю. Откроется окно создания
сообщения, но в строке Кому уже будет находиться адрес инициатора
сообщения, которое создается ответ, а в строке Тема — тема исходного
сообщения с префиксом Re (что означает Reply — ответ). В строке Копия
можно добавить адреса по которым направятся копии ответа. В рабочем поле
будет виден текст исходного сообщения (его можно подсократить или,
согласно сетевой этике, сохранить только отдельные цитаты), к которому
следует добавить текст ответа.
 Нажатием кнопки Отправить ответ отсылается по указанным адресам.
Сообщение электронной почты, пересылаемое по сети, состоит из трех
частей:
 кодового конверта;
 заголовка;
 тела сообщения — текста сообщения с вложением.
Существуют два основных стандарта оформления заголовка: стандарт RFC
822 и стандарт MIME. Стандарт RFC-822 был у истоков электронной почты и
закрепил соглашение о формате электронного письма и его управляющих
заголовках в расчете на простой текст. Но пользователи захотели писать письма в
национальных кодировках, пересылать графику, программы и др. В результате,
после других неудачных попыток, появился стандарт MIME, описанный в RFC
1341 и принявший окончательную форму в RFC 1521, который регламентирует
формат заголовка и тела сообщения, а также возможности использования в нем
информационных элементов различного типа.
Заголовок сообщения в основном стандарте RFC 822 структурирован и
может иметь следующие основные поля:
 Date — дата и время отправления;
 From — электронный адрес отправителя и его имя (имя не обязательно);
 Subject — тема сообщения, если это ответ на другое сообщение, то
добавляется префикс Re;
 Sender — автор сообщения, если автор и отправитель не одно лицо;
 То — электронный адрес и имя (необязательно) получателя (получателей)
сообщения;
 сс (carbon copy) — электронные адреса и имена получателей копии
сообще¬ния, от которых ответ на сообщение не ожидается, а копии
посылаются им «для сведения»;
 bcc (blind carbon copy) — электронные адреса и имена скрытых получателей
копии сообщения, которые не следует афишировать;
 Resent-To — электронный адрес и имя корреспондента, которому
подготавливается ответ;
 In-Reply-To: — исходное сообщение в иерархии «в ответ на ответ на
150
сообще¬ние»;
 Message-ID: — уникальный идентификатор письма, генерируемый почтовой
 программой отправителя;
 Return-Receipt-to: — указывается необходимость уведомления о доставке;
 Content-Type: — тип содержимого письма (в терминах стандарта MIME);
 Content-Transfer-Encoding — указывается формат символов, которые могут
ис¬пользоваться в теле письма (в терминах стандарта MIME);
 Comments — произвольный комментарий;
 User-Defined-Fields — произвольно заполняемые поля для совместимости с
другими почтовыми системами;
 несколько полей Received: почтовые штемпели (электронный адрес, дата и
время прохождения) узлов связи (почтовых серверов), которые миновало
сообщение.
Имена полей должны заканчиваться двоеточием. Обязательными полями в
этом перечне являются только поля: Date, From, To, Subject и Message-ID.
Стандарт-расширение MIME позволяет перемешивать поля заголовка и поля тела
сообщения, вследствие чего поля заголовка можно разделить на два вида: общие
поля, записываемые в начале почтового сообщения, и локальные поля,
относящиеся к отдельным разделам сообщения. В общем заголовке указывается
версия стандарта MIME-Version: 1.0.
Стандарт MIME определяет указываемые в поле заголовка Content-Type семь
типов данных, которые допускается использовать в теле письма:
 текст (text);
 смешанный тип (multipart), сочетание в сообщении разных типов данных;
 почтовое сообщение (message) — составное сообщение, которое может
вклю¬чать в себя данные даже из разных источников;
 графический образ (image), обычно в форматах GIF или JPEG;
 аудиоинформация (audio), обычно в формате MIDI-файлов;
 видеоинформация (vicfeo), обычно в формате MPEG;
 приложение (application) для передачи данных любого другого формата.
Возможный вариант заголовка сообщения показан ниже.
From: User name [email protected]
Date: 21.November 2001 16:40:22
To: [email protected]
Cc: [email protected]: [email protected]
Вес: [email protected]
Subject: Hello
Message-Id: <PnLxs210Hb @engec.spb.ru>
Итак, электронная почта способна заменить собой множество факсов и
обычную почтовую доставку; электронная почта намного дешевле, чем
привычная бумажная почта и факсимильная связь, и при этом обеспечивает
практически почти мгновенные коммуникации.
151
8.
Коммуникации с использованием Web-сайтов, электронных досок
объявлений (BBS), системы Usenet и общения типа on-line.
Программа Telnet, разработанная для UNIX (но поддерживаемая всеми
современными версиями Windows), позволяет установить связь с удаленным
компьютером и использовать его в интерактивном режиме. Если доступ к этому
компьютеру разрешен, то вы можете работать с ним, как если бы находились
непосредственно перед его экраном. То есть программа Telnet позволяет в
некоторых случаях пользователю общаться с удаленным компьютером, как со
«своим», и временно получить в свое распоряжение все его ресурсы. Тысячи
компьютеров доступных для выполнения самых разнообразных задач абсолютно
всем и в любое время, а для доступа на тысячи других компьютеров нужно
заранее договориться о получении права на вход (имени и пароля).
Telnet и более современная программа Remote Access эффективно
используют при организации «домашних офисов», то есть для надомной работы
специалистов. Для справки: в 1994 году 37 млн. американцев работали на дому в
своих домашних офисах, а по прогнозу к концу 2000 года количество таких
специалист должно было превысить 100 млн. человек.
Работать с удаленным компьютером следует в обычной последовательности.
Для установления соединения с нужным компьютером-сервером нужно вызвать
исполнение программу Telnet (ввести команду Telnet) и указать в командной
строке адрес этого компьютера. В процессе соединения хост-компьютер
запрашивает имя пользователя. Для работы в удаленной системе пользователь
должен иметь там права доступа. Если вам предоставлены права доступа к этому
компьютеру, в ответ на запрос «login:» следует ввести свое имя, а затем
«password:» ввести известный вам пароль. Если таких прав нет, то вы все сможете
работать с общедоступными программами. Например, в электронном справочнике
по библиотечным информационным системам вы найдете указан* типа telnet to
такой-то адрес, login=library и т. п.
После успешного подключения к компьютеру пользователь должен указать
терминала. В свою очередь, компьютер-сервер обычно предписывает пользовать
любой способ вызова справочной информации. Работа с удаленным доступом
может вестись в «прозрачном» режиме, когда программы на сервере и у клиента
только обеспечивают протокол соединения (вы используете команды своего
компьютера, а программа Telnet становится как бы невидимой или «прозрачной»),
и в командном, когда клиент получает в свое распоряжение набор команд сервера.
Следует заметить, что из соображений безопасности намечается тенденция
сокращения числа узлов Интернета, позволяющих использовать Telnet для
подключения к ним. Чаще всего доступны для работы программы Telnet серверы,
содержащие:
 библиотечные каталоги;
 электронные доски объявлений.
Электронные доски объявлений
Электронные доски объявлений (Bulletin Board System — BBS) часто
152
существуют и независимо от Интернета — это компьютеры, к которым можно
подсоединиться с помощью модемов через телефонную сеть. Подобно настоящей
доске объявлений, BBS является местом, куда стекается вся подлежащая обмену
информация. С помощью BBS можно опубликовывать объявления для общего
ознакомления, отправлять сообщения отдельным лицам или оставлять на «доске»
информацию, которую адресат может забрать в любое удобное для него время.
BBS содержат доступные для копирования файлы, позволяют проводить
дискуссии, участвовать в различных играх и имеют свою систему электронной
почты. Самой крупной и известной системой электронных досок объявлений
является система CompuServe. Она насчитывает около двух миллионов
пользователей. Для расширения своих возможностей CompuServe подключается к
Интернету и предоставляет своим пользователям право доступа к службам
Интернета.
Появление большого числа BBS с организованными на них локальными
телекоммуникационными системами привело к потребности межсистемного
обмена электронной почтой, файлами, электронными телеконференциями. В
результате было создано программное обеспечение и определены правила работы
глобальной телекоммуникационной сети FIDONET. Создание сети FIDONET
позволило объединить тысячи локальных почтовых ящиков BBS и создать для
них единую систему электронной почты. Несмотря на относительную дешевизну
обслуживания, ни одна из диалоговых систем BBS не может дать пользователям
тех возможностей, которые предоставляет сеть Интернет.
Телеконференции USENET
Дальнейшим развитием электронной почты является «электронная газета»,
подписчики которой одновременно могут являться и ее корреспондентами. Такая
«газета» получила широкое распространение в Интернете под названием системы
телеконференций.
В системе телеконференций, в отличие от электронной почты, основным
режимом является посылка сообщения не конкретному абоненту, а целой группе
лиц (всем желающим). Механизм передачи сообщения в этом варианте похож на
распространение слухов: каждый узел сети, узнавший что-то новое (получивший
Новое сообщение), передает новость всем «знакомым» узлам — всем тем узлам, с
которыми он обменивается новостями. Таким образом, отправленное сообщение
распространяется, многократно дублируясь, по Сети и достигает за довольно
короткий срок всех участников системы телеконференций во всем мире.
Информация телеконференции (группы новостей) формируется из новостей,
сообщений-статей, посылаемых абонентами сети. Первоначально система
USENET (User's Network) была автономной системой, разработанной для
перемещения новостей между компьютерами по всему миру. В дальнейшем она
полностью интегрировалась в сеть Интернет, и теперь Интернет обеспечивает
распространение всех ее сообщений. Для реализации этой технологии в сети
имеется служба! USENET. Телеконференции — это дистанционное общение
групп специалистов, обсуждающих ту или иную проблему. Телеконференции
153
разделяются по тематическим разделам. В системе телеконференций USENET
есть группы новостей посвященные практически любой области человеческой
деятельности. В стоящее время число тем телеконференций, распространяемых по
всему миру, превысило 5000. Новостные группы организованы по
иерархическому принцип и для верхнего уровня выбраны семь основных рубрик.
В свою очередь из них охватывает сотни подгрупп. Образуется древовидная
структура, напоминающая организацию файловой системы. Из числа основных
рубрик след выделить:
 comp — темы, связанные с
 news — информация и новости
компьютерами;
USENET;
 sci — темы из области научных
 soc — социальная тематика;
исследований;
 talk — дискуссии.
Существуют, кроме того, специальные рубрики и региональное разделение те
конференций.
Управляет работой службы USENET специальная программа, позволяющая
выбирать телеконференции, работать с цепочками сообщений и читать сообщения
и ответы на них. В настоящее время средства работы с телеконференциями
встроены во многие почтовые клиенты, например в Outlook Express.
Эта программа выполняет и такую функцию, как подписка на
телеконференцию. Пользователь может сделать тематический выбор, и программа
обеспечит пользователя сообщениями по интересующему его направлению. Если
пользователь не вводит никаких ограничений, то по умолчанию производится
подписка все телеконференции, с которыми имеет связь его хост-компьютер. При
участвовать в какой-либо телеконференции в автономном режиме (offline) любой
абонент вправе направить туда свое сообщение по интересующей его теме.
Существу два способа выполнения этой процедуры:
 посылка непосредственного ответа автору статьи по адресу его
электронной почты;
 предоставление своего сообщения в распоряжение всех участников
телеконференции.
В интерактивном режиме (online) телеконференция по подсети WWW может
проводиться в реальном времени. Все ее участники одновременно находятся у
своих компьютеров и в процессе общения имеют возможность:
 показывать партнерам тексты, изображения;
 вести аудио- или видеодиалог (видеодиалог в системах
видеоконференций, имеющих каналы связи и модемы с высокой
пропускной способностью, и мультимедийные компьютеры,
оборудованные видеокамерой);
 пользоваться дистанционным указателем для выделения на экранах
нужных частей изображения;
 управлять пересылкой файлов и сообщений.
Аудио- и видеоконференции позволяют непосредственно обмениваться по
сети звуковой и визуальной информацией. Вы можете разговаривать с любым
пользователем Сети, передавая не только скупые текстовые сообщения, но и
154
голос, изображение. Для этого нужно иметь соответствующие программы и
технику. Для голосовой связи нужна звуковая карта (sound card), микрофон,
звуковые колонки или наушники; для видеообщения требуются плата
видеозахвата и видеокамера. Можно использовать, например, программы: Net2
Phone (фирмы Netscape) — аудиотелефон, NetMeeting (корпорации Microsoft) —
поддерживает общение голосом, видео-, текстовыми и графическими файлами.
Коммуникатор NetMeeting позволяет общаться в сети (не только в сети Интернет,
но и в ЛВС, например, под управлением Windows) сразу с несколькими
пользователями, совместно разделять некоторые ресурсы компьютера, в том
числе общими усилиями созда¬вать сложный графический документ.
Службы прямого общения пользователей
Служба Web Chat (веб-чат, чат — комната для бесед) обеспечивает прямое
общение пользователей в режиме реального времени в специальных чатах
Интернета. Можно открыть страницу по адресу чата (например,
http://www.chat.ru), выбрать себе раздел для общения, (спорт, «тусовка» и т. д.) и
зарегистрировать этом разделе имя (nickname — псевдоним), под которым вы
будете фигурировать в чате. Можно завести еще и пароль, чтобы никто не посмел
войти в чат под вашим именем. После регистрации вы попадаете на страницу чата
с репликами присутствующих в «беседке» и полем для ввода своих текстов. То
есть на этой странице вы можете читать, что пишут другие участники чата, и
набирать свои тексты. Сообщения допускается' отправлять всем участникам или
конкретному пользователю так, что прочитать информацию будет способен
только он. Для контактов на английском языке общения можно выбирать весьма
удобные и эффектные интерфейсы, для русскоязычного общения существующие
на сегодняшний день средства интерфейса существенно проще. Никаких
программ, кроме браузера, запускать на своем компьютере не нужно. Именно
поэтому эта технология общения пользуется очень большой популярностью.
Служба IRC (Internet Relay Chat) предназначена также для прямого общения
пользователей в режиме реального времени. Эту службу часто называют чатконференциями или просто «болтовней». В отличие от телеконференций, которые
открыты всему миру, в чате общение происходит между пользователями в
пределах одного канала. Работа с IRC осуществляется с помощью специальной
программы-клиента, например программы MIRC или VisuallRC. При запуске эта
программа выходит на связь с ближайшим IRC-сервером. Все IRC-серверы
связаны друг с другом, и, соединившись с одним из них, вы оказываетесь в
едином, «IRC-пространстве», разделенном на каналы по тематическому
принципу. Любой пользователь вправе, очутившись внутри этого пространства,
пройтись по активным каналам, послушать, о чем там говорят, и присоединиться
к одному из открытых в данный момент каналов. Несколько собеседников могут
отделиться из общего канала и закрыть его для доступа (и прослушивания)
других пользователей. Любой человек может создать свой канал и пригласить в
него для беседы интересующих его людей. Темы, обсуждаемые в чате, не менее
155
разнообразны, чем в телеконференциях, и они более злободневны. IRC
оперативнее > USENET, реагирует на последние события в мире. Разговоры в IRC
чаще всего ведутся на английском языке, но можно выбрать и русские чаты. Все
каналы IRC имеют имена-идентификаторы, начинающиеся с символа #, имена
русский чатов: Prussia и #russian.
Служба ICQ предназначена для обмена короткими текстовыми
сообщениями! между пользователями, одновременно находящимися на связи
(«интернет-пейджер»). Она также выполняет поиск IP-адреса пользователя,
подключенного! в данный момент к Сети. Необходимость такой функции связана
с тем, что большинство компьютеров, работающих в Интернете, не являются
хост-компьютерами и не имеют постоянного сетевого адреса. На время сеанса
работы этим компьютерам назначаются временные (динамические) адреса. Этот
временный адресс назначает тот хост-компьютер, через который реализуется вход
в сеть Интернет и в каждый отдельный сеанс работы временный адрес может
быть иным, заране неизвестным. При каждом подключении пользователя к сети
Интернет программа ICQ (ICQ-клиент), запускаемая на компьютере, определяет
его временный адрес и сообщает его на центральный ICQ-сервер
(http://www.icq.com). Если пользователь уже зарегистрировался на этом сервере,
то ему был присвоен персональный идентификационный номер UIN (Universal
Internet Number), который пользователь должен был сообщить своим партнерам
по контактам. И любой партнер, знающий этот UIN и являющийся клиентом
службы ICQ, может через данную службу отправить другому человеку
предложение установить с ним связь (технология «интернет-пейджера»).
Программа ICQ предоставляет каждому клиенту возможность выбора режима
контактов: «готов к контакту», «прошу не беспокоить, но готов принять
сообщение», «закрыт для контакта» и т. д. После установления контакта диалог
пользователей осуществляется в режиме, подобно IRC. Клиент ICQ может узнать,
кто из его партнеров сейчас работает в Сети, может посылать и принимать
текстовые сообщения и файлы, и, естественно, вести диалог. Сообщение найдет
пользователя, даже если он в данный момент не работает в Сети. Аббревиатура
ICQ является своеобразной транслитерацией выражения «I seek you» — «Я ищу
тебя», и на сетевом жаргоне эта служба именуется кой». ICQ стала настолько
популярной, что в Интернете появилось много сайтов (например, www.icq.ru), на
которых можно искать собеседников по интересам.
156
Лекция 4/2 Корпоративные компьютерные сети
По одному из типов классификации, как уже говорилось, локальные
вычислительные сети подразделяются на сети рабочих групп, отделов, кампусов и
корпоративные сети.
Корпоративные сети — сети масштаба предприятия, корпорации. Поскольку
эти сети обычно используют коммуникационные возможности Интернета,
территориальное размещение для них роли не играет. Корпоративные сети относят
к особой разновидности локальных сетей, имеющей значительную территорию
охвата. Сейчас корпоративные сети весьма активно развиваются и их часто
называют сетями интранет.
Интранет (интрасеть) — это частная внутрифирменная или межфирменная
компьютерная сеть, обладающая расширенными возможностями благодаря
задействованию в ней технологий Интернета, имеющая доступ в сеть Интернет, но
защищенная от обращений к своим ресурсам со стороны внешних пользователей.
Ее можно определить и как систему хранения, передачи, обработки и доступа
к межфирменной и внутрифирменной информации с использованием средств
локальных сетей и сети Интернет.
Полнофункциональная интранет-сеть должна обеспечивать, как минимум,
выполнение таких базовых сетевых технологий, как:
 сетевое управление;
 сетевой каталог, отражающий все остальные службы и ресурсы;
 сетевую файловую систему, базу данных;
 корпоративную базу данных и соответствующую СУБД;
 интегрированную передачу сообщений (электронная почта, факс,
телеконференции и т. д.);
 работу в World Wide Web;
 сетевую печать;
 защиту информации от несанкционированного доступа.
Интранет-сеть может быть изолирована от внешних пользователей
Интернета с помощью средств сетевой защиты — брандмауэра. Программное
обеспечение брандмауэров, располагающееся обычно на web-серверах, обеспечивает
защиту от несанкционированного доступа к корпоративной сети и получения из нее
конфиденциальной информации. Информация же в сети Интернет и все ее услуги
доступны всем пользователям интранет-сети.
На современном высококонкурентном рынке получение доступа к новейшей
информации становится важнейшим компонентом успеха в бизнесе. Поэтому сеть
интранет сейчас можно рассматривать как наиболее перспективную среду для
реализации корпоративных приложений.
1. История и эволюция развития корпоративных сетей
История интранет-сетей начинается с 1994 года, когда термин Intranet был
предложен для корпоративных компьютерных сетей (ККС), построенных на принци157
пах, заимствованных из сети Интернет. Этот подход универсален для любого
предприятия, независимо от конкретного производственного профиля и масштаба.
Возможная конфигурация сети интранет для небольшого предприятия показана на
рис.1 (сервер непосредственно подключается к Интернету).
Рис. 1. Конфигурация интранет-сети для небольшого предприятия
Интранет — это перенос апробированных web-технологий в корпоративные
сети. В отличие от продуктов корпоративного локального построения (groupware),
интранет-системы используют уже готовые и более дешевые коммуникационные
компоненты. Так, по оценкам зарубежных экономистов, стоимость внедрения
технологии интранет в крупных корпорациях составляет порядка 50 долларов в
расчете на одно рабочее место.
От
Интернета
наследуется
простота
объединения
в
одну
инфраструктуру разнотипных технических средств. Из Интернета же
заимствуются и основные сетевые протоколы транспортного (TCP) и сетевого
(IP) уровней.
Процесс разработки корпоративных систем существенно упрощается,
поскольку отпадает необходимость в разработке интеграционного проекта. Так,
отдельные подразделения могут создавать собственные подсистемы, используя
свои ЛВС, серверы, никак не связывая их с другими подразделениями. В случае
необходимости, они могут включаться в единую систему предприятия.
На клиентском компьютере должна иметься программа-браузер, осуществляющая доступ к объектам WWW и перевод HTML-файлов в видимое изображение.
Эти файлы должны быть доступны вне зависимости от операционной среды
пользователя. Таким образом, серверные приложения обязаны создаваться ин158
вариантными от клиентов, и их разработка должна быть полностью нацелена на
реализацию функциональных задач корпорации и наличие универсального
клиента.
Таблица 1.
Эволюция ведомственных информационных сетей
Период
времени
До
1995
года
19952000
годы
После
2000
года
Категория ПередаваВид трафика
сети
емая
информация
Сеть типа
Цифровые Монопотоки данных
«клиентданные
между сервером
и рабочими
сервер»
станциями
Интрасеть
Цифровые То же, но
предприятия данные,
обогащенное
текст,
графика
множественными
ссылками
и включениями
данных, размещенных
на разных серверах
сети (пользователь
же видит единый
связный поток)
Интрасеть
То же + Трафик, основанный
аудиоС приложе- и
видео- на гипермедиа
ниями
информа- (гиперметоде
реального
ция
в средах
времени
мультимедиа),
в том числе включая
приложения работающие в
реальном времени:
голосовой телефон,
видеоконференции, аудио-и
видеопрограммы,
дистанционное обучение
Цель
управления
трафиком
Увеличение
%
пропускной
способности
Масштабировани
еи оптимизация
пропускной
способности
-,
<
Гарантированное
качество
обслуживания
Современные системы управления крупными предприятиями прошли путь
от строго централизованных до распределенных систем. Информационная
технология, обеспечивающая поддержку распределенного управления, строилась
на базе систем с архитектурой «клиент-сервер». Распределенное управление
сочеталось с распределенными коммуникациями, хотя и возникли серьезные
159
проблемы в сфере управления распределенными базами данных (обеспечение
целостности и непротиворечивости данных, синхронности актуализации, защиты
от несанкционированного доступа), администрирования информационных и
вычислительных ресурсов сети и т. д.
Построение систем управления на принципах интранет позволяет сочетать
лучшие качества централизованных систем хранения информации с распределенными коммуникациями.
Сегодня на наших глазах происходит новая промышленная революция — и
снова в области вычислительной техники. Если на предыдущем этапе
информационные технологии понимались прежде всего как обработка данных в
широком смысле, то сегодня акценты изменились в пользу их транспортировки и
совместной распределенной обработки, в пользу унификации доступа к
разнородным данным, в пользу телекоммуникационных технологий.
Центральным направлением в практике программирования стали распределенные
архитектуры. На рынке программного обеспечения наиболее быстрый рост
происходит в области интернет-технологий и средств групповой работы.
Анализ развития ведомственных информационно-вычислительных сетей
позволяет сформулировать технологические особенности их построения в
различные периоды времени; обобщенно это представлено в табл.1.
3.
Корпоративные информационные системы
Корпоративные сети являются неотъемлемой частью корпоративных информационных систем (КИС). Корпоративная информационная система и КИС — это
общепринятые сейчас название и аббревиатура интегрированных информационных
систем управления. За рубежом подобные системы почти так и называются:
Management Information system (MIS), единственно отсутствует прилагательное
«интегрированные», которое здесь важно. Эти системы являются наследницами
интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ), в недалеком
прошлом так популярных в экономике, что говорили даже об «АСУПизации всей
страны» (по аналогии с электрификацией). Теперь из ИАСУ определение «автоматизированная» можно без ущерба изъять, поскольку современных, сколько-нибудь
солидных систем управления без компьютера (то есть неавтоматизированных)
просто не бывает. Но попробуем определить КИС более точно. Корпоративные
информационные системы — это интегрированные системы управления
территориально распределенной корпорацией, основанные на углубленном анализе
данных, широком использовании систем информационной поддержки принятия
решений, электронном документообороте и делопроизводстве КИС призваны
объединять стратегию управления (бизнес-стратегию) предприятием и передовые
информационные технологии. Основные характеристики КИС:
 обеспечение полного цикла управления в масштабах корпорации:
нормирование, планирование, учет, анализ, регулирование с
поддержкой обратной связи; в условиях информационной и
функциональной интеграции;
160
 территориальная рассредоточенность и значительные масштабы системы
и объекта управления;
 неоднородность составляющих технического и программного
обеспечения структурных компонентов системы управления;
 единое информационное пространство для выработки управленческих
решений, объединяющее управление финансами, персоналом,
снабжением-сбытом и процесс управления производством;
 функционирование в неоднородной операционной среде на нескольких
вам числительных платформах;
 реализация управления в реальном масштабе времени;
 высокая надежность, безопасность, открытость и масштабируемость
информационных компонентов.
КИС — управленческая идеология, объединяющая бизнес-стратегию
предприятия с выстроенной для ее реализации структурой и передовыми
информационными технологиями. Центр тяжести при этом ложится на отработанную
структуру системы управления, автоматизация выполняет второстепенную,
инструментальную роль. Обобщенная структура управления бизнесом включает в
себя четыре основных блока: объект управления, блок управления, ресурсы,
математическую модель (модель текущего, переходного и конечного состояния).
Концепция построения КИС в экономике предусматривает наличие
типов компонентов:
 ядро
системы,
обеспечивающее
комплексную
автоматизацию
совокупности
бизнес-приложений,
содержит
полный
набор
функциональных модулей автоматизации задач управления;
 система автоматизации документооборота в рамках корпорации
(предприятиях)
 вспомогательные инструментальные системы обработки информации
(экспертные системы, системы подготовки и принятия решений и т. д.) на
базе хранилищ данных КИС;
 программно-технические средства системы безопасности КИС;
 сервисные коммуникационные приложения (факс-серверы, электронная
почта, программное обеспечение удаленного доступа);
 интернет/интранет-компоненты для доступа к разнородным базам данных
и информационным ресурсам, сервисным услугам;
 офисные программы (текстовый редактор, электронные таблицы, переводчики, презентационная графика и т. п.);
 системы специального назначения (системы автоматизированного проектирования — САПР, автоматизированные системы управления технологическими процессами — АСУТП, банковские системы и т. п.).
К основным проблемам построения КИС относятся:
 выбор методологии и технологии выполнения проектных работ;
 определение состава технических, программных средств и
информационных
 ресурсов;
161
 проведение системной интеграции стандартных компонентов при
создании
 информационных технологий;
 выработка базовых концепций корпоративности ИС.
Наиболее значимыми характеристиками КИС являются:
 архитектура информационной системы (состав элементов и их
взаимодействие); сетевые технологии, их масштабы и топология сети;
 функциональная
структура
управления,
реализованная
в
информационной
 системе (состав подсистем, комплексов задач);
 организационная форма хранения информации (централизованная или
распределенная база данных);
 пропускная способность системы (скорость обработки транзакций);
 объем информационного хранилища данных;
 системы документов и документооборот;
 количество пользователей КИС;
 пользовательский интерфейс и его возможности;
 типовые информационные технологии процессов сбора, передачи,
обработки, хранения, извлечения, распространения информации.
Интересная
концепция
представления
информационной
системы
предприятия как его нервной системы сформулирована в сетевой платформе
корпорации Microsoft. Глава корпорации Билл Гейтс определяет электронную
нервную систему предприятия прежде всего как среду, автоматизирующую
исполнение заранее запланированных действий и событий, планирование и учет,
позволяющую своевременно реагировать на незапланированные события и
изменения ситуации и дающую, таким образом, огромные преимущества в
конкуренции. Электронная нервная система (digital nervous system) современного
предприятия должна (как и нервная система живого организма) обладать
способностью мгновенно реагировать на любые изменения в окружающем мире и
анализировать ситуацию, помогая людям принимать быстрые и правильные
решения.
Электронная “нервная” система по концепции Microsoft основывается на
шести основных принципах:
 архитектура вычислительных систем на базе ПК;
 представление всей информации в цифровой форме;
 универсальная система электронной почты;
 постоянная связь;
 стандартные рабочие инструменты конечных пользователей;
 интегрированные приложения, специфичные для конкретного вида
бизнеса.
162
Концепции федеральной целевой программы "Развитие информатизации в
России на период до 2010 года"
Итак, движение к информационному обществу - это путь в будущее
человеческой цивилизации. Именно это фиксирует Окинавская хартия
глобального информационного общества, которая подписана руководителями 7
ведущих стран и Президентом России В.В. Путиным в августе 2000 г.
Политической значение Окинавской хартии для России исключительно
велико. Для реализации ее идей необходимо серьезное внимание органов
государственной власти к проблемам информатизации как основы перехода
страны к информационному обществу и условия ее равноправного участия в
формировании глобального информационного общества. В большинстве стран
(США, Германия, Франция, Великобритания, Австрия, Чехия, Финляндия,
Япония, Индия, Китай, страны Юго-Восточной Азии и в других) разработаны и
реализуются государственные программы формирования информационного
общества. Такая программа нужна и России, Она полностью соответствовала бы
провозглашенному сегодня курсу модернизации системы государственного
управления, экономики, социальных институтов. Более того, использование
современных информационно-коммуникационных технологий привело бы к
существенному повышению эффективности проводимой модернизации,
значительно бы ускорило ее.
Процессы информатизации по своей природе являются межотраслевыми.
Поэтому информатизацией в России занимаются многие ведомства, но при этом
отсутствует координация их деятельности на общегосударственном уровне.
Достижения информатизации были бы намного весомее, если бы существовала
интегральная целевая программа развития информатизации в России как
программа движения к информационному обществу, объединяющая усилия
федеральных, региональных и муниципальных органов власти, различных
министерств и ведомств, негосударственного сектора экономики, научных и
образовательных организаций. В сегодняшних условиях начала экономического
роста и развития социальной рыночной экономики государственное воздействие
на процессы информатизации должно быть усилено, направлено на широкое
привлечение в движение к информационному обществу коммерческих структур,
различных слоев населения, подрастающего поколения. Только в этом случае она
будет иметь ясно выраженное политическое и социальное значение.
Выполнение программы будет содействовать развитию международного
сотрудничества России с европейскими странами в области использования
информационно-коммуникационных
технологий
на
региональном,
государственном и межрегиональном уровнях, адаптации зарубежного опыта
использования этих технологий в государственном управлении, экономике,
социальной сфере.
163
При разработке данной концепции учитывался опыт решения проблем
информатизации и движения к информационному обществу, накопленный в
различных странах. В частности, анализировались; отчет М. Бангеманна
Комиссии Европейских сообществ, Пятая рамочная программа КЕС "Технологии
информационного общества" (1ST), ряд программ, проектов и инициатив по
построению инфраструктуры и нормативной базы информационного общества в
различных странах, их особенности, определяемые уровнем социальноэкономического, технологического и культурного развития, а также многие
публикации в отечественной и зарубежной печати и в Интернете, посвященные
политическим и иным аспектам движения к информационному обществу.
Выделяются три стратегических направления на пути России к информационному
обществу:
1.
Информатизация всей системы общего и специального образования -от детского сада до окончания высшей школы и последующих форм подготовки и
переподготовки
специалистов;
повышение
роли
квалификации,
профессионализма и способностей к творчеству как важнейших характеристик
человеческого потенциала. Информатизация системы общего образования,
ориентированная на формирование нового поколения, отвечающего по своему
уровню развития и образу жизни условиям информационного общества -основная перспективная задача перехода к информационному обществу. Ее
решение должно помочь молодым людям получить престижную и более высоко
оплачиваемую работу, формировать свой собственный культурных облик, досуг и
мир развлечений, в максимальной степени развернуть личные способности,
подготовить себя для жизни и работы в информационном мире XXI века.
В России имеется серьезный задел в области применения информационных и
телекоммуникационных технологий в высшей школе, однако совершенно
недостаточны работы по компьютеризации школ, особенно в небольших городах
и на селе. Важную роль в информатизации образования должны сыграть
культурно-информационные центры, электронные библиотеки и развитие
русскоязычного сегмента Интернета. Следует подчеркнуть, что во всех без
исключения национальных программах движения к информационному обществу
информатизация образования занимает главенствующее место.
2.
Формирование и развитие индустрии и соответствующей
инфраструктуры информационных и коммуникационных услуг, в том числе
домашней компьютеризации, ориентированной на массового потребителя. Это
одна из основных задач развития - информационной среды общества. Она
непосредственно связана с заинтересованностью населения, экономических
структур и органов государственной власти в использовании информации как
ресурса социального, экономического и индивидуального развития и в
повышении
эффективности
государственного
управления.
Развитие
информационной среды также связано, с личным, в том числе финансовым,
164
участием граждан в формировании информационного общества. Решение данной
задачи позволит поднять уровень информационной культуры и компьютерной
грамотности, обеспечить развитие наиболее динамичного сектора рынка
информационных и коммуникационных средств, информационных продуктов и
услуг и поддержку отечественных производителей. Оно позволит также решить
ряд сложных проблем социального характера - медицинской помощи на дому,
организации досуга, электронной торговли, информационно-культурного
обслуживания, в том числе инвалидов, и т.д.
3.
Обеспечение сферы информационных услуг духовным содержанием,
отвечающим российским культурно-историческим традициям, в том числе
организация мощного русскоязычного сектора в Интернете. Это политическая
задача, решение которой должно обеспечить передачу новому поколению всего
многообразия российской культуры, воспитания этого поколения в атмосфере
национальных духовных ценностей и идеалов, максимально ослабить негативное
воздействие на молодых людей англоязычной информационной экспансии,
осуществляемой по каналам СМИ и Интернету. Все это создаст предпосылки для
преодоления распространения политического и духовного влияния США через
современные коммуникационные сети и системы.
165
Практическое занятие 4/3 Психолингвистическая система ВААЛ
1. О Системе ВААЛ
Свои мысли для передачи другим людям мы формулируем в языке. Давно
было замечено, что одна и та же мысль, но выраженная по-разному, обладает
различной силой воздействия. В одном случае она может оставить адресата
равнодушным, а в другом - подвигнуть к активным действиям. Оказалось, что
язык общения, помимо явного смыслового содержания, способен переносить и
скрытые импульсы воздействия. Возникли даже науки, которые стали изучать
секреты такого воздействия.
Язык и особенности личности
Одну и ту же мысль можно выразить в языке многими способами. То, каким
образом выражает мысли конкретный человек, можно сравнить с его почерком.
Этому почерку присущи устойчивые черты. Анализируя эти черты, можно много
сказать о самом человеке, его характере, жизненной позиции, социальной
адаптированности и пр.
Язык и массы
Обмен информацией, выраженной в языке, является характерной чертой
жизни общества. Анализ средств массовой информации позволяет делать выводы
о состоянии умов в обществе, об их психологическом самочувствии,
взаимодействии и влиянии на различные социальные процессы.
С появлением компьютеров, появились и новые возможности анализа
языка. То, что раньше было практически недоступно из-за большой трудоемкости,
теперь с легкостью решают компьютеры. В то же время компьютерные
программы оказались идеальной формой для массового тиражирования
результатов исследований.
В 1992 году группа энтузиастов объединилась для работ по изучению и
компьютерному моделированию скрытого воздействия текстов на человека.
Одной из поставленных ими задач было предсказание эффекта воздействия на
аудиторию статьи, листовки, устного выступления до того, как они будут
растиражированы в миллионах экземпляров или прозвучат по радио и
телевидению на всю страну. Эти работы получили название Проект ВААЛ. В
дальнейшем тематика исследований была значительно расширена. В ходе их
выполнения был создан ряд компьютерных программ, наиболее известными из
которых являются системы ВААЛ и Vaal Toolbox.
166
Области возможного применения
 составление текстов выступлений с заранее заданными характеристиками
воздействия на потенциальную аудиторию;
 активное формирование эмоционального отношения к политическому
деятелю со стороны различных социальных групп;
 составление эмоционально окрашенных рекламных статей;
 поиск наиболее удачных названий и торговых марок;
 психо- и гипнотерапия;
 неявное психологическое тестирование и экспресс-диагностика;
 создание легких в усвоении учебных материалов;
 научные исследования в области психолингвистики и смежных с нею
дисциплинах;
 журналистика и другие сферы деятельности, использующие в качестве
инструмента СЛОВО;
 социологические и социолингвистические исследования;
 информационные войны;
 контент-анализ текстов;
 мониторинг СМИ.
Система позволяет
 оценивать неосознаваемое эмоциональное воздействие фонетической
структуры слов на подсознание человека;
 генерировать слова с заданными фоносемантическими характеристиками;
 оценивать неосознаваемое эмоциональное воздействие фонетической
структуры текстов на подсознание человека;
 задавать характеристики желаемого воздействия и целенаправленно
корректировать тексты по выбранным параметрам в целях достижения
необходимого эффекта воздействия;
 оценивать звуко-цветовые характеристики слов и текстов;
 производить словарный анализ текстов;
 осуществлять полноценный контент-анализ текста по большому числу
специально составленных встроенных категорий и категорий, задаваемых
самим пользователем;
 производить выделение тем, затрагиваемых в текстах, и осуществлять на
основе этого автоматическую категоризацию;
 производить эмоционально-лексический анализ текстов;
 настраиваться на различные социальные и профессиональные группы
людей, которые могут быть выделены по используемой ими лексике;
 производить вторичный анализ данных путем их визуализации, факторного
и корреляционного анализа.
Реализация
167
Система реализована в виде набора DLL-библиотек, которые подключаются
к наиболее популярному текстовому редактору Word for Windows. Просто в
главном меню появляется новый пункт. Такой способ реализации позволяет
одновременно сохранить для пользователя привычную удобную среду
редактирования документов и в то же время максимально облегчает освоение
системы ВААЛ.
Пользователи системы ВААЛ
В настоящее время пользователями системы являются ряд государственных
структур, крупных банков, рекламных компаний, издательских компаний, газет,
коммерческих фирм. Она нашла успешное применение при проведении кампаний
по выборам депутатов Государственной Думы 1993, 1995 и 1999 годов, выборов
Президента России в 1996 и 2000 году. Также систему ВААЛ используют в
исследовательских целях психологи, психотерапевты, лингвисты, практики НЛП.
Во многом возможности ее практического применения ограничены лишь
богатством фантазии людей.
Более подробная информация о проекте доступна в сети Интернет по адресу
http://www.vaal.ru
2. История системы ВААЛ
Работа над системой ВААЛ началась в 1992 году. В качестве источников
необходимой информации использовались труды по фоносемантике,
психолингвистике, психиатрической лингвистике, НЛП, контент-анализу.
Первая версия системы ВААЛ работала с текстовыми файлами,
задаваемыми в командной строке. Отчет об анализе генерировался и сохранялся в
отдельном файле. Все функции сводились к фоносемантическому анализу текста.
Вторая версия системы была написана с использованием библиотеки
Turbo-Visual и представляла из себя простой текстовый редактор. Отличительной
особенностью этой версии являлся ее диалоговый режим работы. Система
позволяла оценивать фоносемантическое воздействие слов и текстов и оценивать
нагрузку на сенсорные каналы восприятия информации. Кроме этого она
выдавала рекомендации по изменению текстов для достижения требуемого
эффекта воздействия.
Третья версия системы ВААЛ привлекла внимание потенциальных
пользователей, которые сочли ее достаточно хорошей для того, чтобы начать
покупать. Это все еще был текстовый редактор, работавший под управлением
168
DOS, но уже содержавший достаточно богатый набор специальных функций для
работы с текстом. Он позволял:
 оценивать слова с точки зрения их фоносемантического воздействия на
человека;
 оценивать фоносемантическое воздействие текстов;
 задавать желаемые фоносемантические характеристики текстов и
редактировать их в диалоговом режиме с использованием словаря
синонимов;
 производить лексический анализ текстов, оценивая нагрузку на сенсорные
каналы восприятия информации;
 настраиваться на лексически определенные группы людей посредством
анализа характерных для них текстов.
Третью версию системы начали приобретать и использовать политологи,
рекламисты, психотерапевты, НЛПисты, депутаты, представители структур
власти. Система была впервые представлена широкой публике на выставке
"Пресса-93".
Четвертая версия системы известна лишь немногим. Она мало чем
отличалась от третьей по своим функциям, но работала уже под управлением
операционной системы Windows. Написана она была на языке Borland Pascal for
Windows и имела относительно маленький размер.
Именно с этой версии системы ВААЛ было принято решение отказаться от
написания собственного редактора и начать развивать систему как расширение
функций наиболее популярного текстового процессора Word for Windows. Это
решение было весьма удачным, так как резко расширяло круг потенциальных
пользователей. Им не нужно было переучиваться на работу с новым продуктом,
они продолжали работать в хорошо знакомой среде, но получали в свое
распоряжение ряд новых полезных функций. Мы же в свою очередь
освобождались от необходимости реализовывать весьма полезные, но, с нашей
точки зрения, весьма скучные функции обычного редактирования текстов (пусть
лучше этим занимается Microsoft).
Из новых функция в четвертой версии появилась оценка архетипичности и
агрессивности текста.
Пятая версия системы ВААЛ продержалась довольно долго. Для экономии
усилий при разработке интерфейса системы был совершен переход на
использование среды визуального программирования Delphi. Теперь все
основные усилия направлялись именно на развитие специальных функций
системы. Были добавлены функции для оценки сексуальных характеристик текста
и связей между лексическими категориями.
В модуле фоносемантической оценки были добавлены монополярные шкалы.
Шестая версия системы побила рекорды популярности, установленные ее
предшественницами. В связи с появлением 32-разрядной операционной системы
169
Windows-95 и такого же Microsoft Word 7 пришлось поддерживать сразу два
варианта ВААЛ-6. Один из них был 16-разрядным, а другой - 32-разрядным.
Во время создания этой версии произошло знакомство с Беляниным В.П.
Его работы по психиатрическому литературоведению допускали определенную
алгоритмизацию. В системе появилась возможность определять акцентуацию
автора текста по пяти шкалам.
Фоносемантический анализ текста стал гораздо более полным и тонким.
Круг пользователей расширялся. Дополнительно ими становились журналисты,
подразделений по связям с общественностью различных банков и крупных
компаний. Продолжался расширяться круг пользователей системы ВААЛ и в
среде депутатов различных уровней.
В феврале 1999 года была завершена подготовка седьмой версии системы,
которая стала называться ВААЛ-99. Приближались очередные думские и
президентские выборы. Новая версия системы была представлена на ряде
семинаров по НЛП, выставках и конференциях, посвященных избирательным
технологиям.
В системе ВААЛ-99 была несколько изменена ее внутренняя идеология.
Прежде всего система стала модульной. Теперь пользователь уже не был обязан
приобретать всю систему целиком, а мог выбрать лишь те модули, которые ему
действительно нужны в работе. Также пользователь получал возможность
изменять и расширять систему в нужном ему самому направлении - появился
конструктор фоносемантических шкал. По просьбе рекламистов был добавлен
генератор псевдослов русского языка, обладающих заданным эмоциональным
воздействием. Этот модуль стал применяться для создания новых торговых
марок. Появилась возможность сохранять результаты оценок для последующей
математической обработки путем факторного анализа с его визуализацией. По
просьбе пользователей был добавлен ряд модулей для осуществления
всестороннего контент-анализа текста. Модули маркирования категорий
позволили реализовать в системе известный из НЛП метод вставленных
сообщений.
К работе над системой подключился Михаил Дымшиц. Благодаря ему
появилась возможность определять метапрограммы, заложенные в тексты.
Количество встроенных категорий превысило 70.
ВААЛ-99 активно использовался во время парламентских выборов 1999
года практически всеми политическими партиями и многими депутатамиодномандатниками.
В феврале 2000 года была завершена подготовка восьмой версии системы,
которая стала называться ВААЛ-2000. Основной ее особенностью явилась
интеграция лексического и контент-анализа. Была спроектирована новая
перспективная на будущее архитектура системы.
170
В конце 2000 началась и в течение всего 2001 года продолжилась работа над
адаптацией системы ВААЛ к другим языкам. Потребность в этом возникла из-за
того, что ВААЛ начал активно распространяться за рубежами России. Для начала
решили ограничиться русским, украинским и английским языками. В дальнейшем
предполагается по мере необходимости расширять ВААЛ на те языки,
потребность в которых будет возникать. Переход на многоязычность потребовал
проведения новых исследований. Были также изменены форматы файлов, по
просьбам пользователей добавлена возможность распечатывать на принтере
графики и диаграммы прямо из программы, а не путем экспорта данных в
специальные программы визуализации. Девятая версия системы ВААЛ
появилась в трех лицах ВААЛ(R), ВААЛ(E) и ВААЛ(U).
В августе 2001 года была выпущена в свободное распространение система
ВААЛ-мини. В ней реализованы лишь функции фоносемантической оценки слов
и текстов. ВААЛ-мини распространяется в виде DLL-библиотеки для
подключения к Microsoft Word и в виде отдельного EXE-фала (мини-редактора
текстов). Такая популяризация имела свои плюсы и минусы. С одной стороны,
гораздо больше людей смогли ознакомиться с результатами наших исследований
и начать применять их в своей практике. С другой стороны, системой начали
пользоваться даже те люди, уровень образования которых просто недостаточен
для понимания того, как она работает и что оценивает.
Одновременно разрабатывался комплекс программ, получивший название
Vaal Toolbox. Практически он решает те же задачи, что и многоязычные версии
системы ВААЛ, но ориентирован на обработку ОЧЕНЬ БОЛЬШИХ объемов
информации.
3. Методика работы с системой ВААЛ-2000
Экспертная система ВААЛ позволяет проводить автоматизированный
анализ текста с нескольких различных по сути, но дополнительных к друг другу
по содержанию, позиций. Пользователь системы может сам определить, какие из
возможных критериев стоит использовать для решения стоящих перед ним задач.
Безусловно, для эффективного использования того или иного блока ВААЛа
требуется согласие с исходными предположениями авторов и понимание
используемой терминологии только в том смысле, в котором ее используют
авторы.
В целом участники проекта ВААЛ исходят из следующих общих предположений:
1.
Выбор человеком лексических и грамматических вариантов из
возможных в его родном языке зависит от его психологических особенностей.
Соответственно, психологические особенности находят свое выражение в его
устной и письменной речи. Анализируя устную или письменную речь человека
мы можем реконструировать его картину мира и осуществить атрибутирование
171
его картины мира и/или индивидуальности на основе той или иной системы
классификации.
2.
В ситуации свободного выбора человек выбирает и/или лучше
воспринимает тексты (устные или письменные), соответствующие его картине
мира и склонен игнорировать другие варианты описания.
3.
Коммуникативная эффективность текста зависит от слабо- или
неосознаваемых эффектов, создаваемых отдельными значимыми для отдельного
человека или в культуре в целом словами (различные формы лексического
символизма), не-лингвистическими характеристиками текста (например, фоно- и
цветоассоциации) и не-вербальными характеристиками процесса коммуникации.
4.
Текст, включая его содержание и контекст, для автора и
воспринимающего могут значить больше, чем может выявить любая
специфическая система описания текста.
5.
Различные блоки анализа текстов в ВААЛ являются специфическими
и независимыми друг от друга системами классификаций лексических и
грамматических форм; совместная интерпретация категорий из различных блоков
анализа авторами не предусматривалась, но не отвергается, техническая
возможность предоставлена и остается личной прерогативой каждого легального
пользователя.
В ВААЛ-2000 пользователь может сконструировать свои собственные
или воспользоваться следующими блоками критериев анализа текста:
 Психиатрический анализ (диагностика акцентуации)
 Психоаналитический анализ
 Мотивационный анализ
 Эмоционально-лексический анализ
 Диагностика мета-программ
 Фоно- и цветосемантический анализ
Выбор блоков анализа для решения конкретных задач определяется
согласием с теоретическими предпосылками и методикой реализации анализа в
ВААЛ, личными предпочтениями, уровнем подготовки и задачами исследователя.
Категории Психиатрического анализа атрибутируют текст (как целое) по
соответствию текстам лиц с той или иной акцентуацией. В ВААЛе реализована
диагностика паранояльной, демонстративной (истероидной), депрессивной,
возбудимой и гипертимичной акцентуаций.
Категории Психоаналитического анализа оценивают выраженность в тексте
слов, относимых к сексуальной символике (по З.Фрейду), архетипам (по К.Юнгу)
и выражению агрессивности.
Категории Мотивационного анализа определяют выраженность в тексте
предикатов мотивации в соответствии с традиционными категориями
172
мотивационных ТАТ (потребность, мотив, валентность, инструментальная
деятельность) с группировкой по четырем группам мотивов: физиологические,
достижения, власти и аффиляции.
Категории
Эмоционально-лексической
оценки
позволяют
выявить
эмоциональную насыщенность и структуру оценки по 15 эмоциональнооценочным критериям, выделяемым и наиболее значимым в российской культуре.
Категории Диагностики мета-программ включают в себя оценку выраженности
каналов репрезентации; субъективную организацию пространства, времени и
движения: категории сравнения; логических операций; причинно-следственную и
"свой - чужой" атрибуцию; определение "центра внимания".
Фоно- и цветосемантический анализ текста позволяет оценить неосознаваемые
эмоциональные компоненты текста и слова, сгенерировать искусственные слова с
высокой коммуникативной эффективностью.
При необходимости пользователь может создать собственные лексические и
фонетические категории анализа и использовать их отдельно или совместно с
категориями, предлагаемыми ВААЛ.
Общий контент-анализ
Категории Мотивационного анализа, Эмоционально-лексической
оценки и Диагностики мета-программ могут быть использованы при
проведении контент-анализа текста в соответствии с несколькими
психологическими и психолингвистическими подходами. Несмотря на
повседневную
конкуренцию
приверженцев,
эти
подходы
являются
дополняющими друг друга и практически являются набором "универсальных
семантических признаков". Набор значимых критериев для интерпретации
конкретного текста или сравнения двух текстов можно выявить только после
анализа по всем критериям. Как известно, при проведении контент-анализа
конкретное высказывание может быть отнесено только к одной категории из
дополнительных к друг другу категорий (например, или мотив власти или мотив
достижения), может быть атрибутировано по нескольким категориям из
различных систем описания или не быть атрибутировано вовсе.
Включенные в ВААЛ категории являются "универсальными", т.е. они
применимы для текстов любой тематики, но это не значит, что все эти категории
должны присутствовать или быть значимыми для интерпретации конкретного
текста. Если их присутствие и значимость для конкретного текста определяется
мнением и позицией (возможно, неосознаваемыми) автора, то оценка
адекватности их использования в соответствии с приписываемыми задачами
коммуникации определяется 'компетентным профессиональным согласием' или
личным мнением эксперта. При сравнении двух и более текстов по одной
173
тематике может быть выявлено, что они интерпретируют конкретную тему в
различных категориях; при наличии экспериментальных данных о
коммуникативной эффективности исследуемых текстов возможно сделать
заключение о адекватности используемых категорий и создание текстов с
заданной
структурой
(функция
"Создать
жанр").
Основной задачей контент-анализа является диагностическая. Т.е. перед
экспертом ставится задача на основе текста (или массива текстов)
реконструировать картину мира автора: выделить тему, значимые характеристики
описания темы и в соответствии с предшествующим знанием эксперта их
проинтерпретировать. Процедурно в контент-анализе выделяются следующие
этапы:
1. Определение словаря текста.
2. Формирование категорий анализа, группировка лексем в группы с
приписанным общим смыслом.
3. Оценка выраженности (в абсолютных и относительных величинах)
категорий в сравниваемых текстах и выявление взаимосвязей между ними.
Выполнение первого этапа при контент-анализе с помощью ВААЛ часто не
требуется (см. "автоматическая категоризация"), но эта задача может
представлять отдельный интерес и реализована в функции "Создание словаря".
Третий этап при использовании вычислительной техники тоже не представляет
особых трудностей и выполняется в функциях "Контент-анализ текста" и
"Контекстный анализ".
Наибольшую техническую и содержательную проблему всегда представлял
второй этап контент-анализа: формирование категорий анализа. Проблема
категоризации сама по себе не проста даже относительно объектов материального
мира, а относительно знаковых объектов, к которым относятся и слова языка,
представляет особую сложность. При формировании категорий существует
следующие взаимосвязанные проблемы:
1.
Первичная категоризация слов, отнесение их к той или иной
альтернативной группе (например, или рыба или зверь или птица или дерево или
трава или камень или :). В контент-анализе эта проблема чаще выглядит
несколько иначе: "Какие слова считать относящимися к определенной теме"
(например, относятся ли слова "экономика" и "политика" к одной категории или к
разным).
2.
Решение вопроса о введении иерархии категорий и организация при
необходимости такой иерархии (например, "рыба, зверь, птица" в "животные",
"дерево, трава" в "растения" и т.д.; "животные" и "растения" в "живую природу", а
"политика" и "экономика" в категорию "общество" и т.д.).
Над решением этих проблем, которое бы удовлетворило все
заинтересованные стороны, билось несколько поколений лингвистов и
174
психологов и их труды не были напрасны. Прежде всего стало понятно, что
необходимо разделять "тему текста" и "категории описания". "Тем текста" может
быть неисчисляемое множество и лексемы, входящие в тему конкретного текста,
необходимо выявлять при непосредственной работе с текстом (собственно
проблему создают возможные уникальные метафоры конкретного текста);
"категорий описания" (семантических признаков) гораздо меньше и их можно
стандартизировать.
Выделение категорий темы текста
Первичная категоризация и выделение темы (тем) в ВААЛ реализована в
модуле "автоматическая категоризация", что позволяет избежать проблемы
субъективизма в определении слов, описывающих определенную тему в
конкретном тексте ("категория" в терминологии ВААЛ). В "автоматической
категоризации" рассчитывается коэффициент, демонстрирующий силу связи
определенных слов в тексте. Слова, группирующиеся при различных значениях
ккоэффициеннта, и являются лексемами "темы" текста.
Включать в "категорию-тему" рекомендуется только личные и
нарицательные имена, в отдельных случаях - специальную терминологию, но не
глаголы, прилагательные и другие знаменательные и служебные лексемы "общего
употребления" (это ограничение не относиться к использованию "сложных
категорий", позволяющих включать составные имена и наименования, например
"Черное море"). Включение не-номинативных частей речи в "категорию-тему"
опасно выявлением темы в текстах, в которых она реально отсутствует. Также
"автоматическая категоризация" позволяет создавать иерархию тем (по существу,
субъективной классификации имен и/или объектов) на основе строгих
формальных признаков, а не субъективного, пусть даже экспертного, мнения.
При
использовании
"автоматической
категоризации"
появляется
возможность выделять "ядро темы", включив в неё номинализации и
словосочетания, сгруппированные на наибольшем значении "сигмы", и по-шагово
уменьшая значения "сигмы" увеличивать словник категории. При наличии
нескольких тем в тексте необходимо на исходном уровне создавать несколько
категорий "ядер темы", которые могут остаться изолированными друг от друга и
зависимость между ними может быть выявлена только на третьем этапе
(выявление выраженности категорий и взаимосвязей между ними).
Содержание стандартных категорий ВААЛ
Два распространенных убеждения. Первое, что можно определить все
слова и второе, что в том случае, когда слово трудно поддается определению,
желательно подыскать какое-нибудь наукообразное слово латинского
происхождения. На мой взгляд, эти убеждения не только ложны, но
объединенными усилиями полностью блокируют возможность семантического
анализа.
А.Вежбицкая. Семантика: примитивы и универсалии.
175
Задача выделения значимых семантических признаков имеет давнюю
историю и в последнее столетие нашла практическое применение в психиатрии,
психологии, социологии и лингвистике, а к концу ХХ века идея "семантизации"
овладела всеми гуманитарными науками. Хотя теоретические части семиотики
были проработаны давно и довольно подробно, практическое применение
семиотического анализа столкнулось с рядом проблем. Из трех аспектов
семиотики (синтактика, семантика и прагматика) в настоящее время довольно
подробно проработаны только вопросы синтаксиса, а семантические и
прагматические аспекты остаются темой дискуссий различной степени
содержательности. Основной проблемой долгое время являлось выделение
признаков, являющихся "первичными", т.е. элементарных смыслов или
"семантических примитивов" (А.Вежбицкая, 1972-2000), комбинируя которые
можно выразить любое содержание.
Основной предпосылкой, которая тормозила развитие семантики, было
постулирование первичности языка по отношению к мышлению (см. Пиаже,
Лурия и другие). Посылка была неверна и филогенетически (процессы мышления,
как минимум - память и пространственная экстраполяция подвижных объектов существует и у животных), и онтогенетически (ребенок начинает распознавать
объекты и проводить их оценку и классификацию до овладения речью).
Безусловно, овладение возможностями языка дает дополнительные возможности
для рассуждения и формирования сложных "знаковых" операций мышления, но
"по своей исходной структуре и исходным закономерностям организации речевой
акт есть акт коммуникации и только в частном случае и на высших уровнях его
проникновения в интраиндивидуальную психику он становится актом, так
сказать, автокоммуникации, коммуникации субъекта с самим собой" (Веклер,
1998, с.608). Язык прежде всего выполняет функции коммуникации и конкретная
фраза коммуникации относительно мышления является неполноценной (ср.
"Отличает язык от всех других знаков и позволяет ему играть в представлении
решающую роль : то, что язык анализирует представление согласно строго
последовательному порядку:: язык не может представлять мысль сразу в ее
целостности; необходимо, чтобы он ее расположил часть за частью в линейном
порядке", Фуко, 1966 (1994) с.115 или "мышление человека богаче его
дедуктивных форм", Налимов, 1979, с.72).
Основываясь на гипотезе о первичности языка по отношению к мышлению
лингвисты проводили семантические классификации "снизу - вверх"на основе
своего обостренного "чувства языка" и широкой лексической компетенции
приводили к созданию высокодетализированных и практически не применимых
для решения практических задач семантических систем.
Более удачными оказались попытки построение классификаций "сверху вниз", путем выделения на первом этапе наиболее общих семантических
признаков и категорий, и описание других семантических групп и категорий через
сочетание выделенных "семантических примитивов" (см. Вежбицкая, 1972-2000).
176
Несмотря на то, что целью работы Анны Вежбицкой является поиск слов, смысл
которых не искажается при переводе с языка на язык и, соответственно,
являющихся "общими смыслами" для всех людей , сложившийся список
"семантических примитивов" практически полностью корреспондирует с
возможными операциями мышления и базовых признаков категоризации,
полученных в результате исследований когнитивных психологов.
Как было доказано экспериментально, в операциях мышления
воспроизводится сенсорный, прежде всего визуальный, опыт и операции
мышления метафорически воспроизводят зрительно воспринимаемые возможные
пространственные отношения (положение и движение) между объектами (Ришар,
1998), а категоризация объектов строится на основе сравнения с
прототипическими визуальными образами (Хофман, 1986, гл.4). При этом
выделение признаков категоризации происходит путем определения
описывающих
конкретный
прототипический
объект
признаков,
а
дифференциация объектов происходит через сравнение 'списка' описывающих
признаков и с помощью, часто метафорически, сравнения размеров объектов
("семантических примитивов": большой, маленький, больше) и оценивания
("семантические примитивы": хороший, плохой, правильно, не, очень).
Набор стандартных категорий ВААЛ как раз строился через атрибуцию
наиболее частотных слов русского языка в соответствии с "семантическими
примитивами" А.Вежбицкой и разделен на несколько групп. Имена некоторым
группам
были
присвоены
на
основе
традиционных
категорий
психолингвистических подходов и методик (прежде всего НЛП и мотивационных
ТАТ соответственно).
Литература Основная:
1. Бройдо В.Л. Вычислительные системы, сети и телекоммуникации. – СПб:
Питер, 2003. – Базовый учебник.
2. Ирвин Дж., Харль Д. Передача данных в сетях. – СПб: БХВ-Петербург,
2003.
3. Шарков Ф.И. Основы теории коммуникации. – М.: Перспектива, 2003.
Дополнительная:
1. Додд А.З. Мир телекоммуникаций. Обзор технологий и отрасли.–
М.:Олимп-Бизнес, 2002.
2. Волокитин А.В. и др. Инфокоммуникации в деловом мире. –М.:НТЦ
ФИОРД-ИНФО, 2001.
3. Харрис Р. Психология массовых коммуникаций. – СПб:ЕВРОЗНАК, 2001.
177