Rozpowszechnianie informacji następuje w procesie jej przekazywania.
Na przekazywanie informacji Zawsze istnieją dwa obiekty – źródło i odbiorca informacji. Role te mogą się zmieniać, np. w trakcie dialogu każdy z uczestników występuje albo jako źródło, albo jako odbiorca informacji.
Informacja przechodzi od źródła do odbiorcy kanałem komunikacyjnym, w którym musi być skojarzona z niektórymi nośnik materiału. Aby móc przekazywać informacje, właściwości tego nośnika muszą się zmieniać w czasie. Czyli żarówka, która świeci cały czas, przekazuje tylko informację, że jakiś proces jest w toku. Jeśli włączysz i wyłączysz żarówkę, możesz przesłać najwięcej różne informacje, na przykład za pomocą alfabetu Morse'a.
Kiedy ludzie rozmawiają, nośnikiem informacji są fale dźwiękowe w powietrzu. Komputery przesyłają informacje za pomocą sygnałów elektrycznych lub fal radiowych. bezprzewodowe urządzenia). Informacje mogą być przekazywane za pomocą światła, wiązki laserowej, telefonu lub systemu komunikacji pocztowej, śieć komputerowa itd.
Informacje docierają kanałem komunikacyjnym w postaci sygnałów, które odbiornik może wykryć za pomocą swoich zmysłów (lub czujników) i „zrozumieć” (dekodować).
Sygnał- Jest to zmiana właściwości mediów, które służą do przekazywania informacji.
Przykładami sygnałów są zmiana częstotliwości i głośności dźwięku, błysk światła, zmiana napięcia na stykach itp.
Człowiek może odbierać sygnały tylko za pomocą zmysłów. Do przesyłania informacji np. za pomocą fal radiowych potrzebne są urządzenia pomocnicze: nadajnik radiowy zamieniający dźwięk na fale radiowe oraz odbiornik radiowy wykonujący konwersję odwrotną. Pozwalają poszerzyć możliwości osoby.
Nie da się przesłać wielu informacji jednym sygnałem. Dlatego najczęściej nie jest używany pojedynczy sygnał, ale sekwencja sygnałów, czyli wiadomość. Ważne jest, aby zrozumieć, że wiadomość jest tylko „powłoką” do przesyłania informacji, a informacja jest zawartość wiadomości. Odbiornik musi sam „wydobyć” informacje z odebranej sekwencji sygnałów. Możliwe jest odebranie wiadomości, ale nie odebranie informacji, na przykład słysząc mowę w nieznanym języku lub przechwytując szyfr.
Te same informacje mogą być przekazywane za pomocą różnych komunikatów, na przykład poprzez mowę ustną, za pomocą notatki lub za pomocą semafora flagowego, który jest używany we flocie. W tym samym czasie ta sama wiadomość może nieść różne informacje dla różnych odbiorców. Tak więc zdanie „W Santiago pada”, nadawane w 1973 r. na wojskowych częstotliwościach radiowych dla zwolenników generała A. Pinocheta było sygnałem do rozpoczęcia zamachu stanu w Chile.
W ten sposób informacje są prezentowane i przesyłane w postaci sekwencji sygnałów, symboli. Od źródła do odbiorcy wiadomość jest przekazywana za pośrednictwem jakiegoś materialnego medium. Jeżeli w procesie transmisji wykorzystywane są techniczne środki komunikacji, to nazywane są one kanałami transmisji informacji (kanałami informacyjnymi). Należą do nich telefon, radio, telewizor. Ludzkie narządy zmysłów pełnią rolę biologicznych kanałów informacyjnych.
Proces przekazywania informacji kanałami komunikacji technicznej przebiega według następującego schematu (wg Shannona):
Informacje mogą być przesyłane przy użyciu dowolnego języka kodowania informacji, który jest zrozumiały zarówno dla źródła, jak i odbiorcy.
koder- urządzenie przeznaczone do konwersji oryginalnego przekazu źródła informacji do postaci dogodnej do przekazu.
Dekoder - urządzenie do konwersji zakodowanej wiadomości na oryginał.
Przykład. Na rozmowa telefoniczna: źródłem wiadomości jest osoba mówiąca; koder - mikrofon - zamienia dźwięki słów (fale akustyczne) na impulsy elektryczne; kanał komunikacji - sieć telefoniczna (przewodowa); urządzenie dekodujące - ta część tuby, którą wkładamy do ucha, tutaj sygnały elektryczne są ponownie zamieniane na dźwięki, które słyszymy; odbiorcą informacji jest słuchacz.
Termin „szum” odnosi się do różnego rodzaju zakłóceń, które zniekształcają przesyłany sygnał i prowadzą do utraty informacji. Takie zakłócenia powstają przede wszystkim z przyczyn technicznych: słaba jakość linii komunikacyjnych, niepewność wzajemna różnych przepływów informacji przesyłanych tymi samymi kanałami. Używany do ochrony przed hałasem różne sposoby, na przykład zastosowanie różnego rodzaju filtrów, które oddzielają sygnał użyteczny od szumu. Istnieje nauka, która opracowuje sposoby ochrony informacji - kryptologia, która jest szeroko stosowana w teorii komunikacji.
Claude Shannon opracował specjalną teorię kodowania, która dostarcza metod radzenia sobie z hałasem. Jedną z ważnych idei tej teorii jest to, że kod przesyłany linią komunikacyjną musi być nadmiarowy. Dzięki temu można skompensować utratę części informacji podczas transmisji. Nie można jednak sprawić, by nadmiarowość była zbyt duża. Doprowadzi to do opóźnień i wyższych kosztów komunikacji. Innymi słowy, aby treść wiadomości zniekształconej przez zakłócenia była możliwa do odzyskania, musi być zbędny to znaczy musi zawierać „dodatkowe” elementy, bez których znaczenie jest nadal przywracane. Na przykład w wiadomości „Vlg vpdt do Kspsk mr” wielu odgadnie frazę „Wołga wpada do Morza Kaspijskiego”, z której usunięto wszystkie samogłoski. Ten przykład mówi, że języki naturalne zawierają dużo „zbędnych”, ich redundancję szacuje się na 60-80%.
Omawiając temat pomiaru szybkości przesyłania informacji, można posłużyć się analogią. Analogiem jest proces pompowania wody przez rury wodociągowe. Tu rury są kanałem do przesyłu wody. Intensywność (szybkość) tego procesu charakteryzuje się zużyciem wody, tj. liczba litrów przepompowanych na jednostkę czasu. W procesie przekazywania informacji kanały są technicznymi liniami komunikacyjnymi. Przez analogię do fajki wodnej możemy mówić o przepływie informacji przekazywanych kanałami. Szybkość przesyłania informacji to ilość informacji przesyłanych w wiadomości w jednostce czasu. Dlatego jednostki miary prędkości przepływ informacji: bit/s, bajt/s itd.
Inną koncepcję - szerokość pasma kanałów informacyjnych - można również wyjaśnić za pomocą analogii „hydrauliki”. Możesz zwiększyć przepływ wody przez rury, zwiększając ciśnienie. Ale ta ścieżka nie jest nieskończona. Jeśli zastosuje się zbyt duże ciśnienie, rura może pęknąć. Dlatego maksymalne natężenie przepływu wody, które można nazwać wydajnością zaopatrzenia w wodę. Linie transmisji danych technicznych również mają podobny limit szybkości transmisji danych. Powody tego są również fizyczne.
Dziś informacje rozchodzą się tak szybko, że nie zawsze jest wystarczająco dużo czasu, aby je zrozumieć. Większość ludzi rzadko myśli o tym, jak i za pomocą jakich środków jest przekazywana, a tym bardziej nie wyobraża sobie schematu przekazywania informacji.
Podstawowe koncepcje
Za transfer informacji uważa się fizyczny proces przenoszenia danych (znaków i symboli) w przestrzeni. Z punktu widzenia transmisji danych jest to zaplanowane z góry, technicznie wyposażone zdarzenie polegające na przemieszczeniu się jednostek informacyjnych na zadany czas od tzw. źródła do odbiorcy kanałem informacyjnym, czyli kanałem transmisji danych.
Kanał transmisji danych - zespół środków lub nośnik dystrybucji danych. Innymi słowy, jest to ta część schematu przekazywania informacji, która zapewnia przepływ informacji od źródła do odbiorcy, a pod pewnymi warunkami z powrotem.
Istnieje wiele klasyfikacji kanałów transmisji danych. Jeśli wyróżnimy te główne, możemy wymienić następujące: kanały radiowe, optyczne, akustyczne lub bezprzewodowe, przewodowe.
Techniczne kanały przekazywania informacji
Bezpośrednio do technicznych kanałów transmisji danych znajdują się kanały radiowe, światłowodowe oraz kablowe. Kabel może być koncentryczny lub skrętką. Te pierwsze to kabel elektryczny z miedzianym drutem w środku, a te drugie są skręcone pary przewody miedziane, izolowane parami, umieszczone w osłonie dielektrycznej. Kable te są dość elastyczne i łatwe w użyciu. Włókno światłowodowe składa się z pasm światłowodowych, które przepuszczają sygnały świetlne poprzez odbicie.
Główne cechy to przepustowość i odporność na zakłócenia. Pasmo jest zwykle rozumiane jako ilość informacji, które można przesłać kanałem w określonym czasie. A odporność na zakłócenia to parametr stabilności kanału na wpływ zakłóceń zewnętrznych (szum).
Zrozumienie transferu danych
Jeśli nie określisz zakresu, ogólny schemat przesyłania informacji wygląda na prosty, zawiera trzy elementy: „źródło”, „odbiorca” i „kanał transmisji”.
Schemat Shannona
Claude Shannon, amerykański matematyk i inżynier, stał u źródeł teorii informacji. Zaproponował schemat przekazywania informacji za pośrednictwem technicznych kanałów komunikacyjnych.
Schemat ten jest łatwy do zrozumienia. Zwłaszcza jeśli wyobrazisz sobie jego elementy w postaci znanych przedmiotów i zjawisk. Na przykład źródłem informacji jest osoba rozmawiająca przez telefon. Słuchawka będzie koderem przetwarzającym mowę lub fale dźwiękowe na sygnały elektryczne. Kanałem transmisji danych są w tym przypadku węzły komunikacyjne, na ogół cała sieć telefoniczna prowadząca od jednego aparatu telefonicznego do drugiego. Słuchawka abonenta działa jako urządzenie dekodujące. Zamienia sygnał elektryczny z powrotem na dźwięk, czyli na mowę.
Na tym schemacie procesu przesyłania informacji dane są przedstawiane jako ciągły sygnał elektryczny. Takie połączenie nazywa się analogowym.
Pojęcie kodowania
Za kodowanie uważa się przekształcenie informacji przesyłanych przez źródło do postaci nadającej się do transmisji przez wykorzystywany kanał komunikacyjny. Najbardziej zrozumiałym przykładem kodowania jest alfabet Morse'a. W nim informacje są przekształcane w ciąg kropek i kresek, czyli krótkie i długie sygnały. Strona odbierająca musi zdekodować tę sekwencję.
W nowoczesne technologie za pomocą komunikacji cyfrowej. W nim informacje są konwertowane (kodowane) na dane binarne, czyli 0 i 1. Istnieje nawet alfabet binarny. Takie połączenie nazywa się dyskretnym.
Zakłócenia w kanałach informacyjnych
Szum występuje również w schemacie transmisji danych. Pojęcie „szum” oznacza w tym przypadku zakłócenia, w wyniku których sygnał jest zniekształcony, a w efekcie jego utrata. Przyczyny ingerencji mogą być różne. Na przykład kanały informacyjne mogą być słabo chronione przed sobą. Aby zapobiec zakłóceniom, stosuje się różne techniczne metody ochrony, filtry, ekranowanie itp.
K. Shannon opracował i zaproponował zastosowanie teorii kodowania do zwalczania hałasu. Chodzi o to, że jeśli informacja jest tracona pod wpływem szumu, to przesyłane dane powinny być redundantne, ale jednocześnie nie na tyle, aby zmniejszyć szybkość transmisji.
W kanały cyfrowe informacje komunikacyjne podzielone są na części - pakiety, dla których obliczana jest suma kontrolna. Ta ilość jest przesyłana wraz z każdym pakietem. Odbiorca informacji przelicza tę sumę i akceptuje pakiet tylko wtedy, gdy pasuje do oryginalnego. W przeciwnym razie pakiet zostanie wysłany ponownie. I tak dalej, aż wysłane i odebrane sumy kontrolne będą się zgadzać.
Transmisja informacji kanałem z decydującym sprzężeniem zwrotnym
1.2.1 Metody przekazywania informacji przez kanały komunikacyjne
Przekazywanie informacji z powtarzaniem (akumulacja). Ta metoda transmisji służy do poprawy niezawodności w przypadku braku kanału zwrotnego, chociaż nie ma podstawowych ograniczeń dotyczących jego wykorzystania nawet w obecności informacja zwrotna. Ta metoda jest czasami klasyfikowana jako zbiorczy odbiór wiadomości. Istota metody polega na kilkukrotnym przesyłaniu tej samej wiadomości, przechowywaniu odebranych wiadomości, porównywaniu ich element po elemencie i kompilacji wiadomości, uwzględniając elementy wybrane „większością”. Załóżmy, że to samo słowo kodowe 1010101 jest przesyłane trzy razy. We wszystkich trzech transmisjach zostało zakłócone i zniekształcone:
Odbiorca bit po bicie porównuje trzy odebrane symbole i umieszcza te symbole (pod linią), których liczba przeważa w tym bicie.
Istnieje inna metoda przekazywania informacji z akumulacją, w której nie dokonuje się porównania znak po znaku, ale porównania całej kombinacji jako całości. Ta metoda jest łatwiejsza do wdrożenia, ale daje gorsze rezultaty.
Tak więc wysoka odporność na zakłócenia sposobu przesyłania informacji z powtarzaniem (akumulacją) polega na tym, że sygnał i zakłócenia w kanale nie zależą od siebie i zmieniają się według różnych praw (sygnał jest okresowy, a interferencja jest losowa), dlatego powtarzająca się kombinacja w każdej transmisji, ponieważ reguła będzie zniekształcona na różne sposoby. W efekcie w odbiorze kumulacja, czyli sumowanie sygnału, wzrasta proporcjonalnie do liczby powtórzeń, a suma zakłóceń wzrasta według innego prawa. Jeżeli założymy, że interferencja i sygnał są niezależne, to sumuje się średnie kwadraty i średni kwadrat sumy rośnie proporcjonalnie do pierwszego stopnia. Dlatego dla n powtórzeń stosunek sygnału do szumu wzrasta o współczynnik n, a dzieje się to bez zwiększania siły sygnału. Osiąga się to jednak kosztem zwiększonej złożoności sprzętu i zwiększonego czasu transmisji lub szerokości pasma, jeśli sygnał jest przesyłany na wielu częstotliwościach jednocześnie w czasie. Ponadto wraz z błędami zależnymi i seriami błędów zmniejsza się odporność systemu na zakłócenia.
Przekazywanie informacji wraz z informacją zwrotną. Odporność na zakłócenia transmisji bez sprzężenia zwrotnego (FBOS) zapewniana jest następującymi metodami: kodowanie odporne na zakłócenia, transmisja z powtórzeniem, transmisja jednoczesna kilkoma równoległymi kanałami. W PBOS zwykle stosuje się kody korekcji błędów, co wiąże się z dużą redundancją i komplikacją sprzętu. Transmisja sprzężenia zwrotnego (FC) w dużej mierze eliminuje te wady, ponieważ pozwala na stosowanie kodów mniej odpornych na zakłócenia, które z reguły mają mniejszą redundancję. W szczególności można stosować kody z wykrywaniem błędów. Zaletą kanału zwrotnego jest również możliwość kontrolowania kondycji obiektu odbierającego informacje.
Wraz z PIC wprowadza się pojęcie kanału bezpośredniego, tj. kanał od nadajnika do odbiornika, na przykład sygnał sterujący jest przesyłany z punktu kontrolnego (CP) do punktu kontrolowanego (CP). W tym przypadku kanałem zwrotnym będzie transmisja wiadomości od CP do CP o przyjęciu sygnału rozkazu, jak i wiadomości, że sygnał został odebrany na wejściu CP (w tym przypadku tylko przejście sygnału przez kanał komunikacyjny) oraz informację o całkowitym wykonaniu polecenia. Możliwe jest również sprzężenie zwrotne, dostarczające informacji o fazowym przejściu sygnału sterującego na ścieżce odbiorczej.
Rozważmy oddzielne typy transmisji ze sprzężeniem zwrotnym.
Transfer z informacją zwrotną (IOS). Jeżeli komunikat jest przesyłany w postaci kodu niezakłóceniowego, to w koderze kod ten może zostać zamieniony na kod przeciwzakłóceniowy. Ponieważ jednak zwykle nie jest to konieczne, enkoder jest rejestrem do konwersji prostego kodu równoległego na szeregowy. Równolegle z transmisją w kanale bezpośrednim wiadomość jest zapisywana w pamięci nadajnika (rys. 1.1a). W kontrolowanym punkcie odebrana wiadomość jest dekodowana, a także zapisywana w napędzie. Wiadomość jednak nie jest natychmiast przekazywana do odbiorcy: najpierw dociera kanałem zwrotnym do punktu kontrolnego. W schemacie porównania CP odebrany komunikat jest porównywany z przesłanym. Jeśli wiadomości są zgodne, generowany jest sygnał „Potwierdzenie” i przesyłane są kolejne wiadomości (czasami, przed wysłaniem kolejnej wiadomości do CP, najpierw wysyłany jest sygnał „Potwierdzenie”, że poprzednia wiadomość została odebrana prawidłowo i można przesłać informacje od przejazdu do odbiorcy). Jeśli komunikaty się nie zgadzają, co wskazuje na błąd, generowany jest sygnał „Usuń”. Ten sygnał blokuje klucz, aby zatrzymać transmisję następnej wiadomości i jest wysyłany do CP w celu zniszczenia wiadomości zapisanej w napędzie. Następnie PU retransmituje wiadomość zapisaną w napędzie.
Rys.1.1a. Metoda przesyłania informacji z systemu IOS.
W systemach z IOS wiodącą rolę odgrywa część nadawcza, ponieważ to ona określa obecność błędu, odbiorca jedynie informuje nadajnik o tym, jaką wiadomość otrzymał. Dostępny różne opcje przelewy z IOS. Są więc systemy z IOS, w których transmisja sygnałów odbywa się w sposób ciągły i zatrzymuje się dopiero po wykryciu błędu: nadajnik wysyła sygnał „Kasuj” i ponawia transmisję. Systemy z IOS, w których wszystkie informacje przesyłane do CP są przesyłane kanałem zwrotnym, nazywane są systemami ze sprzężeniem zwrotnym. W niektórych systemach z IOS przesyłane są nie wszystkie informacje, a jedynie niektóre charakterystyczne informacje na ich temat (pokwitowania). Na przykład, informacje są przesyłane kanałem docelowym, a znaki sterujące są przesyłane kanałem zwrotnym, który będzie porównywany w nadajniku z wcześniej nagranymi znakami sterującymi. Istnieje wariant, w którym nadajnik po sprawdzeniu komunikatu odebranego w kanale zwrotnym i wykryciu błędu może go powtórzyć (zdublowanie komunikatu) lub przesłać dodatkowe informacje niezbędne do korekty (informacje korygujące). Liczba powtórzeń może być ograniczona lub nieograniczona.
Kanał zwrotny służy do określenia, czy konieczna jest retransmisja informacji. W systemach z IOS zwiększenie niezawodności transmisji uzyskuje się poprzez powtarzanie informacji tylko w przypadku wystąpienia błędu, natomiast w systemach bez sprzężenia zwrotnego (w przypadku transmisji akumulacyjnej) powtarzanie odbywa się niezależnie od zniekształcenia komunikatu. Dlatego w systemach z IOS nadmiarowość informacji jest znacznie mniejsza niż w systemach z PBOS: jest minimalna przy braku zniekształceń i zwiększa się wraz z błędami. W systemach z IOS jakość łącza zwrotnego musi być tak dobra, jak jakość łącza forward, aby uniknąć zniekształceń, które mogą zwiększyć liczbę powtórzeń.
Decydująca transmisja sprzężenia zwrotnego (ROS). Wiadomość przesłana z nadajnika kanałem bezpośrednim jest odbierana w odbiorniku (rys. 1.1b), gdzie jest przechowywana i sprawdzana w urządzeniu dekodującym (dekoderze). Jeżeli nie ma błędów, to wiadomość z urządzenia pamięci dociera do odbiorcy informacji, a kanałem zwrotnym wysyłany jest sygnał do nadajnika o kontynuacji dalszej transmisji (sygnał kontynuacji). W przypadku wykrycia błędu dekoder generuje sygnał, który usuwa informacje z dysku. Odbiorca nie odbiera wiadomości, a kanałem zwrotnym wysyłany jest sygnał do nadajnika, aby poprosić ponownie lub powtórzyć transmisję (sygnał powtórz lub powtórz). Na nadajniku sygnał powtórzenia (zwany czasem sygnałem decydującym) jest izolowany przez odbiornik sygnału decydującego, a urządzenie przełączające odłącza wejście enkoderowe od źródła informacji i łączy je z urządzeniem pamięciowym, co umożliwia powtórzenie przesyłanego komunikatu. Powtórzenie wiadomości może nastąpić kilka razy, zanim zostanie ona poprawnie odebrana.
Rys.1.1b. Sposób przekazywania informacji z ROS.
Podczas transmisji z ROS błąd jest określany przez odbiornik. W tym celu przesyłany komunikat musi być zakodowany obowiązkowym kodem przeciwzakłóceniowym, który pozwala odbiorcy odróżnić dozwoloną kombinację (wiadomość) od niedozwolonej. Oznacza to, że transmisja z ROS odbywa się z redundancją. Niezawodność transmisji w systemach POC jest określona przez wybór kodu i ochronę sygnałów decyzji powtarzania i kontynuacji. To ostatnie nie stwarza żadnych szczególnych trudności, ponieważ sygnały te niosą jedną binarną jednostkę informacji i mogą być przesyłane w dość poprawnym kodzie.
Systemy z ROS, czyli systemy z powtarzalnym żądaniem, dzielą się na systemy z oczekiwaniem sygnału decydującego oraz systemy z ciągłą transmisją informacji.
W systemach z oczekiwaniem transmisja nowej kombinacji kodów lub powtórzenie nadawanego następuje dopiero po dotarciu sygnału żądania do nadajnika.
W systemach z transmisją ciągłą informacje są przesyłane w sposób ciągły bez oczekiwania na sygnał żądania. Szybkość transmisji jest wyższa niż w systemach z oczekiwaniem. Jednakże, po wykryciu błędu, sygnał żądania powtórzenia jest wysyłany przez kanał zwrotny iw czasie, gdy dotrze on do nadajnika, pewna nowa wiadomość zostanie już przesłana z tego ostatniego. Dlatego systemy z ciągłą transmisją muszą być skomplikowane przez odpowiednie blokowanie odbiornika, aby nie otrzymywał informacji po wykryciu błędu.
Aby porównać wydajność systemu z otwartą pętlą wykorzystującego kod Hamminga z jedną korekcją błędu oraz systemu z POC wykorzystującego prosty kod, wprowadzono pojęcie współczynnika wydajności. Współczynnik ten uwzględnia zmniejszenie prawdopodobieństwa błędnego odbioru i kosztu jego uzyskania, zwiększenie ochrony przed błędami (w przypadku użycia tych kodów), względną redukcję szybkości transmisji i redundancję obwodów związaną z użytkowaniem różnych kodów. Ostateczne porównanie wykazało, że w przeciwieństwie do systemu bez sprzężenia zwrotnego przy użyciu złożonego kodu, system z POC daje 5,1-krotny wzrost. Wysoka wydajność systemów z ROS zapewniła ich szerokie zastosowanie.
Analiza porównawcza niezawodności transmisji systemów z IOS i ROS wykazała, że:
1) systemy z IOS i ROS zapewniają taką samą niezawodność transmisji przy takich samych całkowitych kosztach energii sygnału w kanale dosyłowym i zwrotnym, pod warunkiem, że kanały te są symetryczne i mają ten sam poziom zakłóceń;
2) systemy z IOS zapewniają wyższą niezawodność transmisji niż systemy z ROS ze stosunkowo słabą interferencją w kanale zwrotnym, w przeciwieństwie do bezpośredniego. W przypadku braku zakłóceń w kanale zwrotnym systemy z IOS zapewniają bezbłędną transmisję komunikatów przez kanał główny;
3) przy silnych zakłóceniach w kanale zwrotnym systemy z ROS zapewniają wyższą niezawodność;
4) w przypadku serii błędów w kanale dosyłowym i zwrotnym systemy z systemem IOS zapewniają wyższą niezawodność.
1.1 Informacje akustyczne Informacje mowy chronione (akustyczne) obejmują informacje, które są przedmiotem własności i podlegają ochronie zgodnie z wymogami dokumentów prawnych lub wymogami ...
Ochrona informacji akustycznej (mowy) przed wyciekiem przez kanały techniczne
Ochrona informacji akustycznej (mowy) przed wyciekiem przez kanały techniczne
Przestrzenne generatory szumu Generator szumu GROM-ZI-4 jest przeznaczony do ochrony pomieszczeń przed wyciekiem informacji i komputery osobiste i lokalne sieć komputerowa Oparte na PC...
Metody bezpieczeństwa informacji
Metody bezpieczeństwa informacji w sieciach telekomunikacyjnych
Zagrożenie jest zwykle utożsamiane albo z charakterem (rodzajem, metodą) destabilizującego wpływu na informacje, albo z konsekwencjami (skutkami) takiego wpływu. Jednak takie terminy mogą mieć wiele interpretacji…
Metody zbierania i przetwarzania sygnały cyfrowe
Transmisja danych - fizyczny transfer danych (cyfrowego strumienia bitów) w postaci sygnałów z punktu do punktu lub z punktu do kilku punktów za pomocą telekomunikacji kanałem danych, zwykle...
Modelowanie przedmiotu ochrony
3.1 Wyciek informacji przez konstrukcje budowlane i systemy inżynieryjne Aby zapewnić ochronę pomieszczeń przed tym zagrożeniem, może być stosowany jako metoda ochrony pasywnej (materiały dźwiękochłonne) ...
Ustalenie składu systemu transmisji informacji
Sygnał na wyjściu sprzętu PTI jest z reguły sygnałem zakodowanym impulsowo, którego widmo częstotliwości jest ogólnie nieskończone ...
Organizacja prac przy budowie światłowodowej linii komunikacyjnej (FOCL)
Możliwość przesyłania informacji po liniach światłowodowych pojawiła się dzięki transpozycji kwantowej teorii światła na jego propagację w przezroczystych jednorodnych ośrodkach...
3.1 Analiza możliwości przesyłania informacji poufnych kanałami komunikacji kwantowej Przy przechodzeniu od sygnałów, w których informacja jest kodowana impulsami zawierającymi tysiące fotonów, do sygnałów, w których średnia liczba fotonów...
Przekazywanie informacji za pośrednictwem kwantowych kanałów komunikacyjnych
Przykładem protokołu korekcji błędów jest metoda korekcji błędów, polegająca na tym, że blok danych do uzgodnienia między użytkownikami traktowany jest jako blok informacyjny jakiegoś kodu…
Projekt i wdrażanie oprogramowania zintegrowany system rozjazdów
Kanał komunikacyjny to ścieżka komunikacyjna, która zaczyna się od źródła informacji, przechodzi przez wszystkie etapy kodowania i modulacji, nadajnik, kanał fizyczny…
Projektowanie szkieletowego systemu transmisji światłowodowej o zwiększonej przepustowości
Rozwój telekomunikacji przyspiesza. Powszechny rozwój nowoczesnych technologie cyfrowe transmisja danych, w tym ATM, Frame Relay, IP, ISDN, PCM, PDH, SDH i WDM. Ponadto takie technologie jak ATM, ISDN, PCM, PDH...
Obliczanie niezawodności atmosferycznej optycznej linii komunikacyjnej
W tym rozdziale omówiono technologię sieci komunikacji laserowej, a także jej zalety, takie jak ekonomia; niskie koszty eksploatacji; wysoka przepustowość i jakość komunikacji cyfrowej...
Na ryc. 1 przyjął następujące oznaczenia: X, Y, Z, W- sygnały, wiadomości ; f- przeszkoda; LS- linia komunikacyjna; AI, PI– źródło i odbiorca informacji; P– konwertery (kodowanie, modulacja, dekodowanie, demodulacja).
Istnieć Różne rodzaje kanały, które można sklasyfikować według różnych kryteriów:
1.Według rodzaju linii komunikacyjnych: przewodowy; kabel; światłowód;
linie energetyczne; kanały radiowe itp.
2. Ze względu na charakter sygnałów: ciągły; oddzielny; dyskretno-ciągły (sygnały na wejściu systemu są dyskretne, a na wyjściu są ciągłe i odwrotnie).
3. Dla odporności na hałas: kanały bez zakłóceń; z ingerencją.
Kanały komunikacji charakteryzują się:
1. Pojemność kanału zdefiniowany jako iloczyn czasu użytkowania kanału T do, szerokość widma częstotliwości transmitowanych przez kanał F do i zakres dynamiczny D do. , który charakteryzuje zdolność kanału do przesyłania różnych poziomów sygnałów
V do = T do F do D do. (1)
Warunek dopasowania sygnału do kanału:
Vc £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; Vc £ V k ; DC £ Dk.
2.Szybkość przesyłania informacji - średnia ilość informacji przesyłanych w jednostce czasu.
3.
4. Redundancja — zapewnia wiarygodność przesyłane informacje (R= 0¸1).
Jednym z zadań teorii informacji jest określenie zależności szybkości przesyłania informacji i przepustowości kanału komunikacyjnego od parametrów kanału oraz charakterystyk sygnałów i zakłóceń.
Kanał komunikacyjny można w przenośni porównać do dróg. Wąskie drogi - mała przepustowość, ale tanio. Szerokie drogi - dobra przepustowość, ale drogie. Przepustowość zależy od wąskiego gardła.
Szybkość transmisji danych w dużej mierze zależy od medium transmisyjnego w kanałach komunikacyjnych, którymi są różnego rodzaju linie komunikacyjne.
Przewodowy:
1. Przewodowy– skrętka (która częściowo tłumi promieniowanie elektromagnetyczne z innych źródeł). Szybkość transmisji do 1 Mb/s. Stosowany w sieciach telefonicznych i do transmisji danych.
2. Kabel koncentryczny. Szybkość transmisji 10-100 Mb/s - używana w sieci lokalne, telewizja kablowa itp.
3. Światłowód. Szybkość transferu 1 Gb/s.
W środowiskach 1-3 tłumienie w dB jest liniowe wraz z odległością, tj. moc spada wykładniczo. Dlatego po pewnym dystansie konieczne jest zainstalowanie regeneratorów (wzmacniaczy).
Łącza radiowe:
1.Kanał radiowy. Szybkość transferu 100–400 Kb/s. Wykorzystuje częstotliwości radiowe do 1000 MHz. Do 30 MHz dzięki odbiciu od jonosfery możliwa jest propagacja fal elektromagnetycznych poza linię wzroku. Ale ten zasięg jest bardzo głośny (na przykład przez radio amatorskie). Od 30 do 1000 MHz - jonosfera jest przezroczysta i wymagana jest linia wzroku. Anteny montuje się na wysokości (czasami montuje się regeneratory). Używany w radiu i telewizji.
2.linie mikrofalowe. Szybkość transferu do 1 Gb/s. Używaj częstotliwości radiowych powyżej 1000 MHz. Wymaga to linii wzroku i wysoce kierunkowych anten parabolicznych. Odległość między regeneratorami wynosi 10–200 km. Używany do połączenie telefoniczne, telewizja i transmisja danych.
3. Połączenie satelitarne. Wykorzystywane są częstotliwości mikrofalowe, a satelita służy jako regenerator (i dla wielu stacji). Charakterystyki są takie same jak w przypadku linii mikrofalowych.
2. Przepustowość dyskretnego kanału komunikacyjnego
Dyskretny kanał to zestaw środków przeznaczonych do przesyłania dyskretnych sygnałów.
Pojemność kanału komunikacyjnego - najwyższa teoretycznie osiągalna szybkość przesyłania informacji, pod warunkiem, że błąd nie przekracza określonej wartości. Szybkość przesyłania informacji - średnia ilość informacji przesyłanych w jednostce czasu. Zdefiniujmy wyrażenia do obliczania szybkości przesyłania informacji i przepustowości dyskretnego kanału komunikacyjnego.
Podczas transmisji każdego symbolu średnio ilość informacji przechodzi przez kanał komunikacyjny, co określa wzór
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) - H (X/Y) = H(Y) - H (Y/X) , (2)
gdzie: Ja (Y, X) - informacje wzajemne, czyli ilość informacji zawartych w Y stosunkowo X ;H(X) jest entropią źródła wiadomości; H (X/Y)– entropia warunkowa, która określa utratę informacji na symbol związaną z obecnością szumu i zniekształceń.
Wysyłając wiadomość X T Trwanie T, składający się z n symbole elementarne, średnia ilość przesyłanych informacji, z uwzględnieniem symetrii wzajemnej ilości informacji, wynosi:
ja(Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)
Szybkość przesyłania informacji zależy od statystycznych właściwości źródła, metody kodowania i właściwości kanału.
Przepustowość dyskretnego kanału komunikacyjnego
. (5)
Maksymalna możliwa wartość, tj. maksimum funkcjonału jest poszukiwane na całym zbiorze rozkładów prawdopodobieństwa p (x) .
przepustowość zależy od specyfikacje kanał (szybkość sprzętu, rodzaj modulacji, poziom zakłóceń i zniekształceń itp.). Jednostki pojemności kanału to: , , , .
2.1 Dyskretny kanał komunikacji bez zakłóceń
W przypadku braku zakłóceń w kanale komunikacyjnym sygnały wejściowe i wyjściowe kanału są połączone jednoznaczną, funkcjonalną zależnością.
W tym przypadku entropia warunkowa jest równa zeru, a bezwarunkowe entropie źródła i odbiornika są równe, tj. średnia ilość informacji w odebranym symbolu w stosunku do transmitowanego wynosi
I (X, Y) = H(X) = H(Y); H(X/Y) = 0.
Jeśli X T- liczba znaków na raz T, to szybkość przesyłania informacji dla dyskretnego kanału komunikacyjnego bez zakłóceń jest równa
(6)gdzie V = 1/ to średnia szybkość transmisji jednego symbolu.
Przepustowość dla dyskretnego kanału komunikacyjnego bez zakłóceń
(7)
Ponieważ maksymalna entropia odpowiada równoprawdopodobnym symbolom, wtedy przepustowość dla równomiernego rozkładu i statystycznej niezależności przesyłanych symboli jest równa:
. (8)
Pierwsze twierdzenie Shannona dla kanału: Jeżeli przepływ informacji generowany przez źródło jest wystarczająco zbliżony do przepustowości kanału komunikacyjnego, tj.
, gdzie jest dowolnie małą wartością,
wtedy zawsze można znaleźć taki sposób kodowania, który zapewni transmisję wszystkich komunikatów źródła, a szybkość przesyłania informacji będzie bardzo zbliżona do przepustowości kanału.
Twierdzenie nie odpowiada na pytanie, jak kodować.
Przykład 1Źródło generuje 3 komunikaty z prawdopodobieństwami:
p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 i p 3 = 0,7.
Komunikaty są niezależne i są przesyłane w jednolitym kodzie binarnym ( m = 2 ) z czasem trwania symbolu 1 ms. Określ szybkość przesyłania informacji przez kanał komunikacyjny bez zakłóceń.
Decyzja: Entropia źródła to
[bps].
Do przesłania 3 komunikatów o jednolitym kodzie wymagane są dwa bity, a czas trwania kombinacji kodów wynosi 2t.
Średnia szybkość sygnału
V =1/2 t = 500 .
Szybkość przesyłania informacji
C = vH = 500 × 1,16 = 580 [bps].
2.2 Dyskretny kanał komunikacyjny z szumem
Rozważymy dyskretne kanały komunikacji bez pamięci.
Kanał bez pamięci Kanał nazywany jest kanałem, w którym każdy transmitowany symbol sygnału podlega zakłóceniom, niezależnie od tego, które sygnały były wcześniej transmitowane. Oznacza to, że interferencja nie tworzy dodatkowych korelacji między symbolami. Nazwa „bez pamięci” oznacza, że podczas następnej transmisji kanał wydaje się nie pamiętać wyników poprzednich transmisji.
Kanał transmisji informacji to zespół środków technicznych zapewniający przesył sygnałów elektrycznych z jednego punktu do drugiego. Wejścia kanałów są połączone z nadajnikiem, a wyjścia z odbiornikiem. W nowoczesnym systemy cyfrowe ah komunikacji, główne funkcje nadajnika i odbiornika realizuje modem. Jedną z głównych cech kanału jest szybkość przesyłania informacji. Maksymalna możliwa szybkość transmisji informacji (danych) przez kanał komunikacyjny przy stałych ograniczeniach nazywana jest przepustowością kanału, oznaczoną literą C i ma wymiar bit/s. W ogólnym przypadku przepustowość kanału można określić wzorem: (8.22) gdzie I to ilość informacji przesyłanych w czasie T. Jako miarę ilości informacji przyjmujemy miarę R. Hartleya, zdefiniowaną jako logarytm możliwych stanów obiektu b. (8.23) Aby znaleźć I, korzystamy z twierdzenia Kotelnikowa, które dowodzi, że sygnał, który nie zawiera w swoim widmie częstotliwości powyżej P, może być reprezentowany przez niezależne wartości 2P na sekundę, których suma całkowicie określa ten sygnał. Ta procedura, zwana konwersją analogowo-cyfrową, została omówiona w rozdz. 6. Składa się z dwóch etapów - próbkowania czasu, czyli reprezentowania sygnału w postaci n próbek pobranych w przedziale czasu 1 = 1 / (2P) oraz kwantyzacji poziomu, czyli reprezentowania amplitudy sygnału przez jeden z t możliwych wartości. Określmy liczbę różnych komunikatów, które mogą składać się z n elementów, które przyjmują dowolny z m różnych stanów ustalonych. Ze zbioru n elementów, z których każdy może być w jednym z m ustalonych stanów, można stworzyć m różnych kombinacji, tj. 1= m. Gdyby szum nie istniał, to liczba m dyskretnych poziomów sygnału byłaby nieskończona. obecność szumu określa stopień rozróżnialności poszczególnych poziomów amplitudy sygnału. Ponieważ moc jest średnią charakterystyką amplitudową, liczba rozróżnialnych poziomów sygnału pod względem mocy jest równa (P e + P w )/P w) , a pod względem amplitudy odpowiednio: 
Wtedy pojemność kanału wynosi: 
(8.25) Tak więc pojemność kanału jest ograniczona przez dwie wartości: szerokość pasma kanału i szum. Relacja (8,25) znana jest jako wzór Hartleya-Shannona i jest uważana za główną w teorii informacji. Pasmo częstotliwości i moc sygnału są uwzględnione we wzorze w taki sposób, że dla C = const przy zawężaniu pasma konieczne jest zwiększenie mocy sygnału i odwrotnie. Główne cechy kanałów komunikacyjnych obejmują: ■ odpowiedź częstotliwościową (AFC); ■ przepustowość; ■ tłumienie; * wydajność; ■ niezawodność transmisji danych; ■ odporność na zakłócenia. Do określenia charakterystyki kanału komunikacyjnego wykorzystuje się analizę jego reakcji na określone oddziaływanie referencyjne. Najczęściej jako odniesienie wykorzystywane są sygnały sinusoidalne o różnych częstotliwościach. Odpowiedź częstotliwościowa pokazuje, jak zmienia się amplituda sinusoidy na wyjściu linii komunikacyjnej w porównaniu z amplitudą na jej wejściu dla wszystkich częstotliwości przesyłanego sygnału. Szerokość pasma to zakres częstotliwości, dla których stosunek amplitudy sygnału wyjściowego do sygnału wejściowego przekracza pewien określony limit (dla mocy 0,5). To pasmo częstotliwości określa zakres częstotliwości sygnału sinusoidalnego, przy którym sygnał ten jest przesyłany linią komunikacyjną bez znaczących zniekształceń. Przepustowość wpływa na maksymalną możliwą prędkość przesyłania informacji przez linię komunikacyjną. Tłumienie - jest definiowane jako względny spadek amplitudy lub mocy sygnału, gdy sygnał o określonej częstotliwości jest przesyłany linią komunikacyjną. Tłumienie I jest zwykle mierzone w decybelach (dB) i obliczane według wzoru: gdzie P out to moc sygnału na wyjściu linii; P in - moc sygnału na wejściu liniowym. Przepustowość linii charakteryzuje maksymalną możliwą szybkość przesyłania danych przez linię komunikacyjną i jest mierzona w bitach na sekundę (bps), a także w jednostkach pochodnych Kbps, Mbps, Gbps. Na wydajność linie podlegają kodowaniu fizycznemu i logicznemu. Metoda przedstawiania informacji dyskretnych w postaci sygnałów przesyłanych do linii komunikacyjnej nazywana jest fizycznym kodowaniem liniowym. Widmo sygnału i odpowiednio szerokość pasma linii zależą od wybranej metody kodowania. Tak więc, dla tej lub innej metody kodowania, linia może mieć inną przepustowość. Jeśli sygnał zmieni się tak, że można rozróżnić tylko dwa jego stany, to każda zmiana w nim będzie odpowiadać najmniejszej jednostce informacji - bitowi. Jeśli sygnał zmienia się tak, że można rozróżnić więcej niż dwa stany, to każda zmiana w nim niesie ze sobą kilka bitów informacji. Liczba zmian parametru informacyjnego fali nośnej (sygnału okresowego) na sekundę jest mierzona w bodach. Przepustowość linii w bitach na sekundę generalnie nie jest taka sama jak liczba bodów. Może być wyższa lub niższa niż szybkość transmisji, a stosunek ten zależy od metody kodowania. Jeżeli sygnał ma więcej niż dwa różne stany, to przepustowość w bps będzie wyższa niż liczba bodów. Na przykład, jeżeli parametrami informacyjnymi są faza i amplituda sinusoidy, a są 4 stany fazy (0, 90, 180 i 270) i dwie wartości amplitudy, to sygnał informacyjny ma osiem stanów rozróżnialnych. W tym przypadku modem pracujący z prędkością 2400 bodów (z częstotliwością zegara 2400 Hz) przesyła informacje z prędkością 7200 bps, ponieważ przy jednej zmianie sygnału przesyłane są trzy bity informacji. Przy użyciu sygnału o dwóch różnych stanach można zaobserwować odwrotny obraz. Dzieje się tak, gdy każdy bit w sekwencji jest zakodowany z kilkoma zmianami parametru informacji sygnału nośnej w celu niezawodnego rozpoznawania informacji przez odbiornik. Na przykład przy kodowaniu pojedynczej wartości bitu impulsem o dodatniej polaryzacji, a zerowej wartości bitu impulsem o ujemnej polaryzacji, sygnał zmienia swój stan dwukrotnie podczas transmisji każdego bitu. Dzięki tej metodzie kodowania przepustowość linii jest dwa razy mniejsza niż liczba bodów przesyłanych przez linię. Na przepływność ma wpływ kodowanie logiczne, które jest wykonywane przed kodowaniem fizycznym i polega na zastąpieniu bitów oryginalnej informacji nową sekwencją bitów, która zawiera te same informacje, ale ma dodatkowe właściwości (wykrywanie kodów, szyfrowanie). W tym przypadku zniekształcona sekwencja bitów jest zastępowana dłuższą sekwencją, więc pojemność kanału jest zmniejszona. W ogólnym przypadku zależność między szerokością pasma linii a jej maksymalną możliwą szerokością pasma jest określona przez zależność (8,25). Z tej zależności wynika, że choć nie ma teoretycznego limitu zwiększenia przepustowości łącza (o stałej przepustowości), to w praktyce taki limit istnieje. Możliwe jest zwiększenie przepustowości linii poprzez zwiększenie mocy nadajnika lub zmniejszenie mocy zakłóceń. Jednak wzrost mocy nadajnika prowadzi do wzrostu jego gabarytów i kosztów, a redukcja szumów wymaga zastosowania specjalnych kabli o dobrej ekrany ochronne oraz redukcja szumów w sprzęcie komunikacyjnym. Pojemność kanału to maksymalna wartość szybkości. Aby osiągnąć tę szybkość transmisji, informacje muszą być zakodowane w najbardziej efektywny sposób. Stwierdzenie, że takie kodowanie jest możliwe, jest najważniejszym rezultatem teorii informacji Shannona. Shannon udowodnił fundamentalną możliwość tak efektywnego kodowania, nie określając jednak konkretnych sposobów jego realizacji. (Zauważ, że w praktyce inżynierowie często mówią o przepustowości kanału, czyli o rzeczywistej, a nie potencjalnej szybkości transmisji.) Wydajność systemów komunikacyjnych charakteryzuje parametr równy szybkości przesyłania informacji R na jednostkę szerokości pasma T, tj. , P/P. Aby zilustrować istniejące możliwości tworzenia wydajnych systemów komunikacyjnych, rys. 8.12 przedstawia wykresy zależności efektywności przekazu informacji, gdy różne rodzaje M-ary dyskretna modulacja amplitudy, częstotliwości i fazy (oprócz modulacji binarnej stosowana jest również modulacja z 4, 8, 16, a nawet 32 pozycjami modulowanego parametru) ze stosunku energii jednego bitu do widma mocy szumu gęstość (Eo / Mo). Dla porównania pokazano również granicę Shannona. Porównanie krzywych pokazuje w szczególności, że transmisja z dyskretną modulacją fazową okazuje się najbardziej efektywna, jednak przy stałym stosunku sygnału do szumu najpopularniejszy rodzaj modulacji 4PSK jest trzykrotnie gorszy niż potencjalnie osiągalny. Niezawodność transmisji danych charakteryzuje prawdopodobieństwo zniekształcenia każdego przesyłanego bitu danych. Wskaźnik niezawodności to prawdopodobieństwo błędnego odbioru symbolu informacyjnego - R. 1 OR 
Ryż. 8.12. Efektywność cyfrowych systemów komunikacyjnych: 1 - granica Shannona; 2 - M-ary FMn; 3 - M-ary AMn; 4 - M-ary FSK Wartość Rosz dla kanałów komunikacyjnych bez dodatkowych środków ochrony przed błędami wynosi z reguły 10 4 ... 10 6 . W światłowodowych liniach komunikacyjnych Р osh wynosi 10 "9. Oznacza to, że przy Р osh = 10 4 średnio na 10 000 bitów wartość jednego bitu jest zniekształcona. Zniekształcenia bitowe występują zarówno z powodu obecności zakłóceń na linii, a także ze względu na zniekształcenia kształtu fali ograniczone przez przepustowość linii. Dlatego w celu poprawy niezawodności przesyłanych danych konieczne jest zwiększenie stopnia odporności linii na zakłócenia, a także zastosowanie większej komunikacji szerokopasmowej Niezbędną częścią każdego kanału jest linia komunikacyjna - fizyczny nośnik zapewniający przepływ sygnałów z nadajnika do odbiornika.W zależności od medium transmisji danych linie komunikacyjne mogą być: ■ przewodowe (napowietrzne) ■ kablowe (miedziane). i światłowodowe) ■ naziemne i satelitarne kanały radiowe (kanały komunikacji bezprzewodowej) Linie komunikacji przewodowej to przewody ułożone między wspornikami bez żadnych osłon lub oplotów izolacyjnych. Odporność na zakłócenia i szybkość transmisji danych w tych liniach jest niska i ja. Z reguły takimi liniami komunikacyjnymi przesyłane są sygnały telefoniczne i telegraficzne. 8.3.1.
