(Тема)

Современные АСУ ТП содержат десятки взаимодействующих между собой устройств (ПЛК, ПК, рабочие станции), которые разнесены на десятки, сотни и даже тысячи метров. Данные цифровые устройства работают в промышленной среде, характеризирующейся высоким уровнем помех, запыленностью, повышенной температурой, агрессивностью окружающей среды, вибрациями. К каналам связи АСУ ТП предъявляют высокие требования по быстродействию и достоверности информации. Канал связи состоит из оконечной аппаратуры и линий передач (рис. 1).

Рис. 1. Структура цифрового канала передачи информации:

ИИ – источник информации; КИ – кодер источника; КК – кодер канала; М – модулятор;

ЛС – линия связи; ИП – источник помех; ДМ – демодулятор; ДКК – декодер канала;

ДКИ – декодер источника; П – приемник информации

КИ имеет целью обеспечить такое кодирование, при котором путем устранения избыточности существенно снижается число символов , требуемых на букву сообщения. С помощью КК обеспечивается заданная достоверность передачи сигнала путем введения избыточности. М преобразует цифровой сигнал в аналоговый. ДМ преобразует аналоговый сигнал в цифровой. ДКК проверяет достоверность и убирает избыточность.

Выбор состава устройств цифрового канала связи осуществляется исходя из особенностей передачи информации в промышленной среде. При этом возможны следующие варианты:

· Если избыточность источника мала, а помехи в канале отсутствуют, то введение КИ и КК нецелесообразно (а также ДКИ и ДКК);

· Если избыточность высока, а помехи незначительны, то целесообразно включать КИ (ДКИ), а КК (ДКК) исключить;

· Если избыточность мала, а помехи велики, то включается только КК.

На физическом уровне сигналы, как носители информации, могут быть двух видов:

• Аналоговые (непрерывные);
• Цифровые (конечный набор значений).

С точки зрения практической реализации цифровой сигнал проще и дешевле, но имеет существенный недостаток – подвержен искажениям при передаче по линиям связи (рис. 2.2). При передаче же аналогового сигнала изменяется только амплитуда,
а форма сигнала сохраняется. Поэтому при передаче информации на большие расстояния используют аналоговые сигналы, вводя в канал связи модуляторы и демодуляторы.

Смысл модуляции заключается в том, что основной сигнал передается с помощью другого сигнала путем изменения его амплитуды, частоты или фазы по определенному закону. В качестве несущего сигнала принимается чаще всего синусоида высокой частоты, обладающая хорошей помехозащищенностью, которая позволяет использовать одну линию связи как многоканальную, в которой каждый источник сигнала использует свою частоту.
На рис. 3 показана амплитудная модуляция синусоиды импульсным сигналом.

При частотной модуляции изменяется частота несущей синусоиды, например: для передачи «1» используется частота f 1 , а для «0» – f 2 =0,5 f 1 . Частотная модуляция применяется в низкочастотных модемах от 300 до 1200 бод (1 бод = 1 бит/с).

Рис. 2. Аналоговый А и и цифровой Ц и сигналы источников и аналоговый А и и цифровой Ц п сигналы на входе приемников

Рис. 3. Амплитудная модуляция несущего сигнала А цифровым сигналом Ц

При фазовой модуляции используются два постоянных несущих сигнала (для «0» и «1»), сдвинутых по фазе на 180°. Чаще используют другой способ фазовой модуляции, при которой сдвиг по фазе на 90° по отношению к текущему сигналу указывает на то, что передается «0», а на 270° – «1».

Кодирование информации источника позволяет, используя небольшое число символов в алфавите кода (в частности «0» и «1»), передавать любую информацию. Большинство кодов, применяемых при кодировании информации источника, основаны на системах счисления. Наиболее распространенным является двоично-десятичный код (8-4-2-1).

Недостаток взвешенных кодов заключается в том, что при передаче под действием помех может исказиться любой символ, причем искажение символов в старших разрядах опаснее, чем в младших, поэтому чаще используют не взвешенные коды, у которых ошибки будут одинаковыми для всех разрядов.

Помехоустойчивое кодирование основано на принципе Шеннона: при любой скорости передачи двоичных символов меньшей, чем пропускная способность канала, существует такой код, при котором вероятность ошибочного декодирования сколь угодно мала. Построение такого кода достигается введением избыточностей. Наиболее часто используют блоковые коды, когда информация передается в виде кодовых комбинаций (блоков равной длины), при этом к каждому блоку добавляется n символов, например, код на четность, когда каждому блоку добавляется в КК «0» или «1», чтобы число единиц в кодовой комбинации было всегда четным. В ДКК осуществляется автоматическая проверка на четность. Кроме кода на четность используют коды с постоянным весом, где вес – это число единиц, содержащихся в кодовых комбинациях. Недостаток таких кодов – большая избыточность.

К помехозащищенным кодам относятся также циклические коды, характеризуемые циклической перестановкой всех символов в кодовой комбинации.

Передача данных от источника к приемнику информации может осуществляться параллельным и последовательным способами. При параллельной передаче все элементы (биты) цифрового слова посылают в линию связи одновременно. При последовательном способе биты цифрового слова передаются от источника к приемнику последовательно по времени (друг за другом). Последний способ позволяет решать задачи по надежной и экономичной передаче данных на большее расстояние, однако, по сравнению с параллельным имеет большее время передачи, которое увеличивается пропорционально длине цифрового слова.

Синхронизация передаваемых данных может быть обеспечена тремя путями:

• Синхронная передача сигнала;
• Асинхронная передача сигнала;
• Передача сигнала с автоподстройкой.

При синхронном способе передачи сигнала между передатчиком ПРД и приемником ПРМ, кроме линии передачи данных, существует отдельная линия передачи сигналов синхронизации от общего тактового генератора ТГ (рис. 4).

Рис. 4. Синхронная передача сигнала

Синхронный способ применяется в тех случаях, когда необходимо передавать большие блоки информации, при этом весь блок передается как одно целое. Блоки (кадры) информации отделяются друг от друга одним или несколькими байтами, что необходимо для разделения приемником цепочки бит на блоки.

Асинхронный способ применяется тогда, когда передаваемые данные генерируются в произвольные моменты времени. При данном способе принимающее устройство должно устанавливать синхронизацию в начале каждого передаваемого блока информации, но при этом не требуется отдельная линия синхронизации. Тактовые генераторы имеют и приемник и передатчик. При асинхронном способе с последовательным типом передачи информации поток передаваемых бит делится на кадры, при этом каждый кадр содержит стартовый бит, который включает процесс синхронизации, и стоповый бит (рис. 5). Так как частоты на приемной и передающей стороне могут отличаться друг от друга (до 3 %), стоповый бит может иметь длину от 1,5 до 2 бит. Бит паритета P добавляется к передаваемому байту для контроля кода на четность (или нечетность) с целью обеспечения достоверности передаваемой информации.

Рис. 5. Структура передаваемого кадра (байта) при асинхронном способе передачи данных

Стартовый бит (логический «0») каждого следующего байта посылается в любой момент времени, т.е. между передачей возможны паузы произвольной длины, при этом запускается стартовый генератор приемника, начинается прием информации. Недостатком является то, что скорость передачи очень низкая – 9600–19600 бод. Для повышения скорости в асинхронном режиме иногда используют манчестерский код, в котором синхронизируется передача каждого бита, поэтому последовательность бит в кадре может быть любой длины. После каждого простоя осуществляется предварительная синхронизация тактовым генератором, которая достигается посылкой последовательных битов (преамбула).

Цифровая передача данных представляет собой физический процесс, в котором данные переносятся в виде сигналов между точками. Выполняется передача данных по определённым каналам в виде электросвязи.

В качестве таких каналов могут выступать: ВОЛС, медные провода, а также беспроводные каналы. Передача данных в сети интернет может быть цифровой и аналоговой. Если аналоговая связь является передачей постоянно меняющегося сигнала, то цифровая – это непрерывная передача сообщений (последовательность импульсов, набор волн). Такая модуляция осуществляется при помощи модемного оборудования.

Передача данных в Интернет

Сегодня просто невозможно себе представить любой современный офис без сети интернет. Но какой он может быть? Доступный в любой точке либо фиксированный? А может, оба этих варианта? В каждом из этих случаев интернет должен обладать высокой скоростью и трафиком, быть доступным, работать без сбоев.

Передаваемая информация может быть в виде цифрового сообщения, которое идёт от самого источника (клавиатура, компьютер).

Также передача данных по локальной сети может осуществляться и в виде аналогового сигнала. В его роли выступает видеосигнал, телефонный звонок. Все они оцифровываются в специальный битовый поток. Для этого применяется специальный импульсно-кодирующий модулятор либо аналогово-цифровой преобразователь.

Кодирование и декодирование же самого источника выполняется при помощи кодека либо специально предназначенного кодирующего оборудования.

Виды передачи данных

В телекоммуникации присутствует два вида передачи информации:

• Последовательная. В данном случае передача информации в виде символов и прочих объектов данных происходит в последовательном режиме. Такие цифровые сети передачи данных отправляют биты по одному проводу, оптическому пути либо же частоте. В связи с этим данный процесс требует меньшего времени на обработку самого сигнала, а сама скорость передачи больше. Меньше тут и вероятность возникновения ошибки. Последовательная сеть может применяться и на более дальних расстояниях. Обусловлено это лёгкой передачей бита чётности и цифры.


• Параллельная. Это одновременная передача информации (элементов сигнала одного символа). Применение большого количества проводов в цифровой связи помогает осуществить передачу одновременно нескольких бит. Всё это позволяет достичь высокой скорости передачи информации. Данный способ используется внутри самого компьютера (во внутренних шинах данных например). Единственным недостатком тут является «перекос». Обусловлен он тем, что провода могут отличаться между собой своими характеристиками. Именно поэтому один бит может прийти немного раньше другого. А это, в свою очередь, негативно сказывается на целостности самого сообщения, повреждая его.

По принципу коммутации сети могут быть:

• С коммутацией пакетов. Вся информация в данном случае передаётся небольшими посылками. Их ещё называют пакеты, коммутация которых происходит независимо. На таком принципе построена большая часть компьютерных сетей в нынешнее время. Но для работы тут необходимо более сложное оборудование.
• С коммутацией каналов. Для передачи между устройствами выделяется специальный канал (логический либо физический). Информация по нему передаётся непрерывно.

Передача данных по электрической сети

Применение сети 220 Вольт для передачи информации уже давно интересует многих разработчиков. Ещё каких-то 15 лет назад такая идея вызывала лишь улыбку. Но сегодня передача данных по сети 220 вольт не вызывает никакого удивления. Она имеет высокие шансы и перспективу на большой коммерческий успех.

Самым главным преимуществом такого способа передачи информации является отсутствие необходимости прокладывания кабелей и выполнения монтажных работ. Ведь электричество есть абсолютно в каждом доме.

Для разработчиков самыми перспективными сферами использования такой связи являются системы удалённого сбора информации, к примеру показаний счётчиков, системы охраны и умный дом, а также многое другое.

К большому сожалению, даже низкоскоростная передача данных по сети 220 v переменного тока не смогла получить широкого применения в нашей стране. Виной всему довольно низкое качество силовых коммуникаций, а также малая известность модемов для такой передачи на современном рынке.

Такие устройства реализуются на основе микроконтроллеров. Это даёт возможность на программном уровне осуществлять решение любых возникших вопросов, касающихся протокола передачи информации, адресации оборудования, проверки качества связи и многого другого.

Но на практике может возникнуть довольно примитивная задача – это включение и отключение одной нагрузки без разрыва самой питающей линии. Решить её сможет специальный передатчик.

В нынешнее время уже имеется множество адаптеров, которые позволяют организовать локальную сеть через обычную домашнюю розетку 220 Вольт. Сделать это довольно легко и просто. Вам достаточно включить в розетку такой адаптер, который может стать точкой доступа Wi-Fi, либо же работать через разъём RJ-45. Скорость передачи информации в данном случае может доходить до 95 Мбит в секунду.

При использовании одной фазы удаётся передавать данные не только лишь внутри одного помещения, но и в соседнюю квартиру либо же офисное помещение. И самое главное – вам не нужно будет прокладывать интернет кабель.

Увеличение производительности сетей передачи данных

В нынешнее время на рынке представлен просто огромнейший ассортимент оборудования, с помощью которого можно произвести эффективную модернизацию данных сетей.

Осознавая тот фат, что нынешние уровни сети передачи данных уже не устраивают многие компании, разработчики различных технологических решений предлагают пользователям использовать несколько недорогих и оригинальных решений. С их помощью можно существенно увеличить пропускную способность сетей передачи информации.

Что сюда относится? Одним из таких нововведений является использование режима дуплексной передачи данных в локальной сети Ethernet. Заменяя только лишь сетевой адаптер, удаётся в два раза повысить производительность выделенных сегментов самой сети.

Во время работы в полнодуплексном режиме каждое сетевое оборудование способно одновременно получать и передавать информацию через витую пару.

Единственным ограничением тут является тот факт, что подсоединить можно только лишь одно сетевое устройство к каждому из портов концентратора. Всё это сужает область применения данного оборудования. Можно только создавать высокопроизводительные участки самой сети между сервером и коммутатором, к примеру.

К особенностям данного нововведения можно отнести то, что тут нет необходимости производить отслеживание столкновений. Это лишь один способ модернизации сети передачи информации.

Технологии передача данных на выставке

Многие другие новинки и передовые технологии в данной отрасли вы сможете узнать на выставке международного масштаба «Связь». Она проходит в крупном выставочном комплексе нашей страны ЦВК «Экспоцентр». Располагается он в центре Москвы, вблизи станции метро «Выставочная».

Выставка «Связь» сможет рассказать потенциальной целевой аудитории о новинках в мире связи. Именно тут в одном месте собираются ведущие специалисты данной отрасли со всего мира. Проводимые тут конференции, конгрессы, симпозиумы, круглые столы и мастер-классы задают вектор развития этой сферы деятельности на ближайший год.

Аналоговые каналы связи

Аналоговые каналы связи являются наиболее распространенными по причине длительной истории их развития и простоты реализации. Типичным примером аналогового канала является канал тональной частоты (телефония).

Необходимость в модуляции аналоговой информации возникает, когда нужно передавать низкочастотный аналоговый сигнал через канал, находящийся в высокочастотной области спектра.

Примерами такой ситуации является передача голоса по радио и телевидению. Голос имеет спектр шириной примерно в 10кГц, а радиодиапазоны включают гораздо более высокие частоты, от 30кГц до 300МГц. Еще более высокие частоты используются в телевидении. Очевидно, что непосредственно голос через такую среду передать нельзя.

Модуляцией называется преобразование сигнала, заключающееся в изменении какого-либо его информационного параметра в соответствии с передаваемым сообщением.

Передаваемая информация заложена в управляющем (модулирующем) сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим. Модуляция, таким образом, представляет собой процесс «посадки» информационного колебания на заведомо известную несущую.

Аналоговая модуляция является таким способом физического кодирования, при котором информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты.

Амплитудная модуляция (AM) - модуляция при которой амплитуда несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Частотная модуляция (FM) - модуляция при которой частота несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Фазовая модуляция (PM) - модуляция при которой фаза несущего колебания управляется информационным (модулирующим) сигналом.

Цифровые каналы связи

К цифровым каналам связи относятся каналы ISDN, T1/E1.

При передаче дискретных данных по каналам связи применяются два основных типа физического кодирования - на основе синусоидального несущего сигнала и на основе последовательности прямоугольных импульсов. Первый способ часто называется аналоговой модуляцией или манипуляцией, подчеркивая тот факт, что кодирование осуществляется за счет изменения параметров аналогового сигнала. Второй способ обычно называют цифровым кодированием. Эти способы отличаются шириной спектра результирующего сигнала и сложностью аппаратуры, необходимой для их реализации.

Аналоговая модуляция дискретных данных

Необходимость применения аналоговой модуляции к передаче дискретных данных возникает, при необходимости передачи компьютерных данных по телефонным каналам.

Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем (модулятор - демодулятор).

Основные способы аналоговой модуляции дискретных данных:

При амплитудной модуляции AM для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля - другой. Этот способ редко используется в чистом виде на практике из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции - фазовой модуляцией.

При частотной модуляции FM значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой. Этот способ модуляции не требует сложных схем в модемах и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/с.
При фазовой модуляции PM значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но с различной фазой, например 0 и 180 градусов или 0,90,180 и 270 градусов.

В скоростных модемах часто используются комбинированные методы модуляции, как правило, амплитудная, в сочетании с фазовой.

Цифровое кодирование каналов связи

При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.

В потенциальных кодах для представления логических единиц и нулей используется только значение потенциала сигнала, а его перепады, формирующие законченные импульсы, во внимание не принимаются. Импульсные коды позволяют представить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса - перепадом потенциала определенного направления.

Требования к методам цифрового кодирования:

• имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;
• обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;
• обладал способностью распознавать ошибки;
• обладал низкой стоимостью реализации.

Более узкий спектр цифровых сигналов позволяет на одной и той же линии (с одной и той же полосой пропускания) добиваться более высокой скорости передачи данных. Кроме того, часто к спектру сигнала предъявляется требование отсутствия постоянной составляющей, то есть наличия постоянного тока между передатчиком и приемником. В частности, применение различных трансформаторных схем гальванической развязки препятствует прохождению постоянного тока.

Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи. Эта проблема в сетях решается сложнее, чем при обмене данными между близко расположенными устройствами. На небольших расстояниях хорошо работает схема, основанная на отдельной тактирующей линии связи.

В сетях использование этой схемы вызывает трудности из-за:

• Неоднородности характеристик проводников в кабелях. На больших расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет настолько позже или раньше соответствующего сигнала данных, что бит данных будет пропущен или считан повторно.
• Экономия проводников в дорогостоящих кабелях.

Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды. Любой резкий перепад сигнала - так называемый фронт - может служить хорошим указанием для синхронизации приемника с передатчиком.

Передача данных (обмен данными , цифровая передача, цифровая связь) - физический перенос данных (цифрового битового потока) в видесигналов от точки к точке или от точки к нескольким точкам средствами электросвязи по каналу передачи данных, как правило, для последующей обработки средствами вычислительной техники. Примерами подобных каналов могут служить медные провода, ВОЛС, беспроводные каналы передачи данных или запоминающее устройство.

Передаваемые данные могут быть цифровыми сообщениями, идущими из источника данных, например, из компьютера или от клавиатуры. Это может быть и аналоговый сигнал - телефонный звонок или видеосигнал, оцифрованный в битовый поток, используя импульсно-кодирующую модуляцию (PCM) или более расширенные схемы кодирования источника (аналого-цифровое преобразование и сжатие данных). Кодирование источника и декодирование осуществляется кодеком или кодирующим оборудованием.

Частотное и временное разделение каналов

Временное мультиплексирование

Временное мультиплексирование – так же иногда называется мультиплексирование с разделением по времени. По англ. TDM (Time Division Multiplexing).

Т.е. у нас есть множество потоков данных, которое нам нужно передать, и мы назначаем поочередно каждому из этих потоков интервал времени. Поэтому каждый передающийся поток будет знать свое время передачи данных. Временное мультиплексирование используется в колонках, когда происходит чередование правой колонки с левой. Так же технологию TDM используют, когда нужно передать несколько телефонных звонков по одному каналу.

Частотное разделение

Частотное разделение – так же иногда его называют мультиплексирование с разделением по частоте. По англ. FDM (Frequency Division Multiplexing). Обычно диапазон частот пропускного канала велик и мы можем каждому из потоков присвоить свой частотный канал, по которому будет передаваться только он.

Частотное разделение имеет широкое применение. Например, радио, где каждой волне соответствует своя частота; на телевидении каждому каналу так же присвоена своя частота вещания.

По каналам передаются данные, которые называются трафиком. Трафик – общее количество пройденных данных по каналу связи в Мбитах.

Проводные линии связи

Кабельные линии связи

Кабельные линии связи имеют довольно сложную структуру. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции. В компьютерных сетях используются три типа кабелей.

Витая пара (twisted pair) - кабель связи, который представляет собой витую пару медных проводов (или несколько пар проводов), заключенных в экранированную оболочку. Пары проводов скручиваются между собой с целью уменьшения наводок. Витая пара является достаточно помехоустойчивой. Существует два типа этого кабеля: неэкранированная витая пара UTP и экранированная витая пара STP.

Характерным для этого кабеля является простота монтажа. Данный кабель является самым дешевым и распространенным видом связи, который нашел широкое применение в самых распространенных локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “звезда”. Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи соединителя RJ45.

Кабель используется для передачи данных на скорости 10 Мбит/с и 100 Мбит/с. Витая пара обычно используется для связи на расстояние не более нескольких сот метров. К недостаткам кабеля "витая пара" можно отнести возможность простого несанкционированного подключения к сети.

Коаксиальный кабель (coaxial cable) - это кабель с центральным медным проводом, который окружен слоем изолирующего материала для того, чтобы отделить центральный проводник от внешнего проводящего экрана (медной оплетки или слой алюминиевой фольги). Внешний проводящий экран кабеля покрывается изоляцией.

Существует два типа коаксиального кабеля: тонкий коаксиальный кабель диаметром 5 мм и толстый коаксиальный кабель диаметром 10 мм. У толстого коаксиального кабеля затухание меньше, чем у тонкого. Стоимость коаксиального кабеля выше стоимости витой пары и выполнение монтажа сети сложнее, чем витой парой.

Коаксиальный кабель применяется, например, в локальных сетях с архитектурой Ethernet, построенных по топологии типа “общая шина”. Коаксиальный кабель более помехозащищенный, чем витая пара и снижает собственное излучение. Пропускная способность – 50-100 Мбит/с. Допустимая длина линии связи – несколько километров. Несанкционированное подключение к коаксиальному кабелю сложнее, чем к витой паре.

Кабельные оптоволоконные каналы связи . Оптоволоконный кабель (fiber optic) – это оптическое волокно на кремниевой или пластмассовой основе, заключенное в материал с низким коэффициентом преломления света, который закрыт внешней оболочкой.

Оптическое волокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон. На передающем конце оптоволоконного кабеля требуется преобразование электрического сигнала в световой, а на приемном конце обратное преобразование.

Основное преимущество этого типа кабеля – чрезвычайно высокий уровень помехозащищенности и отсутствие излучения. Несанкционированное подключение очень сложно. Скорость передачи данных 3Гбит/c. Основные недостатки оптоволоконного кабеля – это сложность его монтажа, небольшая механическая прочность и чувствительность к ионизирующим излучениям.

Беспроводные линии связи

Большинство жителей современных городов ежедневно передают либо получают какие-либо данные. Это могут быть компьютерные файлы, телевизионная картинка, радиотрансляция — все, что представляет собой некую порцию полезной информации. Технологических методов передачи данных — огромное количество. При этом во многих сегментах информационных решений модернизация соответствующих каналов происходит невероятно динамичными темпами. На смену привычным технологиям, которые, казалось бы, вполне могут удовлетворять потребности человека, приходят новые, более совершенные. Совсем недавно выход в Сеть через сотовый телефон рассматривался почти как экзотика, но сегодня подобная опция знакома большинству людей. Современные скорости передачи файлов через интернет, измеряемые сотнями мегабит в секунду, казались чем-то фантастическим первым пользователям Всемирной сети. Посредством каких типов инфраструктур могут передаваться данные? Чем может быть обусловлен выбор того или иного канала?

Основные механизмы передачи данных

Понятие передачи данных может быть связано с разными технологическими явлениями. В общем случае оно связано с индустрией компьютерных коммуникаций. Передача данных в этом аспекте — это обмен файлами (отправка, получение), папками и иными реализациями машинного кода.

Рассматриваемый термин может коррелировать также с нецифровой сферой коммуникаций. Например, трансляция ТВ-сигнала, радио, работа телефонных линий - если речь не идет о современных высокотехнологичных инструментах - может осуществляться посредством аналоговых принципов. В этом случае передача данных представляет собой трансляцию электромагнитных сигналов посредством того или иного канала.

Промежуточное положение между двумя технологическими реализациями передачи данных - цифровой и аналоговой - может занимать мобильная связь. Дело в том, что некоторые из технологий соответствующих коммуникаций относятся к первому типу — например, GSM-связь, 3G или 4G-интернет, другие характеризуются меньшей компьютеризированностью, и потому могут считаться аналоговыми — например, голосовая связь в стандартах AMPS либо NTT.

Однако современный тренд развития коммуникационных технологий таков, что каналы передачи данных, какого бы типа информация не передавалась посредством них, активно «оцифровываются». В крупных российских городах с трудом можно найти телефонные линии, функционирующие по аналоговым стандартам. Технологии, подобные AMPS, постепенно теряют актуальность и заменяются более совершенными. Цифровым становится ТВ и радио. Таким образом, мы вправе рассматривать современные технологии передачи данных главным образом в цифровом контексте. Хотя исторический аспект задействования тех или иных решений, безусловно, будет весьма полезно исследовать.

Современные системы передачи данных можно классифицировать на 3 основные группы: реализуемые в компьютерных сетях, используемые в мобильных сетях, являющиеся основой для организации трансляций ТВ и радио. Рассмотрим их специфику подробнее.

Технологии передачи данных в компьютерных сетях

Основной предмет передачи данных в компьютерных сетях, как мы отметили выше, — совокупность файлов, папок и иных продуктов реализации машинного кода (например, массивов, стеков и т. д.). Современные цифровые коммуникации могут функционировать на базе самых разных стандартов. В числе самых распространенных — TCP-IP. Основной его принцип — в присвоении компьютеру уникального IP-адреса, который может использоваться в качестве главного ориентира при передаче данных.

Обмен файлами в современных цифровых сетях может осуществляться с помощью проводных технологий либо тех, в которых не предполагается задействование кабеля. Классификация соответствующих инфраструктур первого типа может осуществляться исходя из конкретной разновидности провода. В современных компьютерных сетях чаще всего используются:

Витые пары;

Оптоволоконные провода;

Коаксиальные кабели;

USB-кабели;

Телефонные провода.

Каждый из отмеченных типов кабелей имеет как преимущества, так и недостатки. Например, витая пара - дешевый, универсальный и простой в монтаже тип провода, однако значительно уступающий оптоволокну по пропускной способности (подробнее данный параметр мы рассмотрим чуть позже). USB-кабели наименее всего приспособлены к передаче данных в рамках компьютерных сетей, однако совместимы практически с любым современным компьютером — крайне редко можно встретить ПК, не оснащенный USB-портами. Коаксиальные кабели в достаточной мере защищены от помех и позволяют обеспечивать передачу данных на очень большие расстояния.

Характеристики компьютерных сетей передачи данных

Полезно будет изучить некоторые ключевые характеристики компьютерных сетей, в которых осуществляется обмен файлами. В числе важнейших параметров соответствующей инфраструктуры — пропускная способность. Данная характеристика позволяет оценить то, какими могут быть максимальные показатели скорости и объема передаваемых данных в сети. Собственно, оба указанных параметра также относятся к ключевым. Скорость передачи данных — это фактический показатель, отражающий то, какой объем файлов может направляться с одного компьютера на другой за установленный промежуток времени. Рассматриваемый параметр чаще всего выражается в битах в секунду (на практике, как правило, в кило-, мега-, гигабитах, в мощных сетях — в терабитах).

Классификация каналов передачи компьютерных данных

Обмен данными при задействовании компьютерной инфраструктуры может осуществляться посредством трех основных типов каналов: дуплексного, симплексного, а также полудуплексного. Канал первого типа предполагает, что устройство передачи данных на ПК одновременно может быть также и приемником. Симплексные девайсы, в свою очередь, способны только принимать сигналы. Полудуплексные устройства обеспечивают задействование функции приема и передачи файлов по очереди.

Беспроводная передача данных в компьютерных сетях осуществляется чаще всего через стандарты:

- «малого радиуса» (Bluetooth, ИК-порты);

- «среднего радиуса» - Wi-Fi;

- «большого радиуса» - 3G, 4G, WiMAX.

Скорость, с которой передаются файлы, может сильно разниться в зависимости от того или иного стандарта связи, равно как устойчивость соединения и защищенность его от помех. Одним из оптимальных решений для организации домашних внутрикорпоративных компьютерных сетей считается Wi-Fi. Если необходима передача данных на дальние расстояния — задействуются 3G, 4G, WiMax, либо иные конкурентные в отношении них технологии. Сохраняют востребованность Bluetooth, в меньшей степени — ИК-порты, поскольку их задействование практически не требует от пользователя тонкой настройки девайсов, посредством которых осуществляется обмен файлами.

Наибольшую популярность стандарты «малого радиуса» имеют в индустрии мобильных устройств. Так, передача данных на андроид с другой аналогичной ОС либо совместимой часто осуществляется как раз-таки с помощью Bluetooth. Однако мобильные устройства вполне успешно могут интегрироваться также и с компьютерными сетями, например с помощью Wi-Fi.

Компьютерная сеть передачи данных функционирует посредством задействования двух ресурсов — аппаратного обеспечения и необходимого ПО. И то и другое необходимо для организации полноценного обмена файлами между ПК. Программы для передачи данных могут задействоваться самые разные. Их можно условно классифицировать по такому критерию, как область применения.

Есть пользовательское ПО, адаптированное к использованию веб-ресурсов — к таким решениям относятся браузеры. Есть программы, задействуемые как инструмент голосового общения, дополненного возможностью организации видеочатов — например, Skype.

Есть ПО, относящееся к категории системного. Соответствующие решения могут практически не задействоваться пользователем, однако их функционирование может быть необходимо для обеспечения обмена файлами. Как правило, подобное ПО работает на уровне фоновых программ в структуре операционной системы. Данные виды ПО позволяют соединить ПК с сетевой инфраструктурой. На базе подобных подключений уже могут задействоваться пользовательские инструменты — браузеры, программы для организации видеочатов и т. д. Системные решения важны также и для обеспечения стабильности сетевых подключений между компьютерами.

Есть ПО, предназначенное для диагностики соединений. Так, если осуществить надежное подключение между ПК мешает та или иная ошибка передачи данных, то ее можно вычислить с помощью подходящей программы для диагностики. Задействование различных видов ПО — один из ключевых критериев разграничения цифровых и аналоговых технологий. При использовании инфраструктуры передачи данных традиционного типа программные решения имеют, как правило, несопоставимо меньший функционал, чем при выстраивании сетей на базе цифровых концепций.

Технологии передачи данных в сотовых сетях

Изучим теперь то, каким образом данные могут передаваться в других масштабных инфраструктурах — сотовых сетях. Рассматривая данный технологический сегмент, полезно будет как раз таки уделить внимание истории развития соответствующих решений. Дело в том, что стандарты, посредством которых осуществляется передача данных в сотовых сетях, развиваются очень динамично. Некоторые из рассмотренных нами выше решений, что задействуются в компьютерных сетях, сохраняют актуальность в течение многих десятилетий. Особенно явным образом это прослеживается на примере проводных технологий — коаксиальный кабель, витая пара, оптоволоконные провода были внедрены в практику компьютерных коммуникаций очень давно, но ресурс их задействования далек от исчерпания. В свою очередь, в мобильной индустрии едва ли не каждый год появляются новые концепции, которые с разной степенью интенсивности могут внедряться в практику.

Итак, эволюция технологий сотовой связи начинается с внедрения в начале 80-х годов самых ранних стандартов — таких как NMT. Можно отметить, что его возможности не ограничивались обеспечением голосовой связи. Передача данных через NMT-сети также была возможна, но при очень маленькой скорости - порядка 1,2 Кбит/сек.

Следующий шаг технологической эволюции на рынке сотовой связи был связан с внедрением стандарта GSM. Скорость передачи данных при его задействовании предполагалась гораздо более высокая, чем в случае использования NMT — порядка 9,6 Кбит/сек. Впоследствии стандарт GSM был дополнен технологией HSCSD, задействование которой позволило абонентам сотовой связи передавать данные со скоростью 57,6 Кбит/сек.

Позже появился стандарт GPRS, посредством которого стало возможно отделять типично «компьютерный» трафик, передаваемый в каналах сотовой связи, от голосового. Скорость передачи данных при задействовании GPRS могла достигать порядка 171,2 Кбит/сек. Следующим технологическим решением, внедренным мобильными операторами, стал стандарт EDGE. Он позволил обеспечивать передачу данных со скоростью 326 Кбит/сек.

Развитие интернета потребовало от разработчиков технологий сотовой связи внедрения решений, которые могли бы стать конкурентными проводным стандартам — прежде всего по скорости передачи данных, а также по устойчивости соединения. Значимым шагом вперед стало выведение на рынок стандарта UMTS. Данная технология позволила обеспечить обмен данными между абонентами сотового оператора на скорости до 2 Мбит/сек.

Позже появился стандарт HSDPA, при котором передача и прием файлов могли осуществляться на скорости до 14,4 Мбит/сек. Многие эксперты цифровой индустрии считают, что именно с момента внедрения технологии HSDPA сотовые операторы начали составлять прямую конкуренцию интернет-провайдерам, задействующим кабельные соединения.

В конце 2000 годов появился стандарт LTE и его конкурентные аналоги, посредством которых абоненты сотовых операторов получили возможность обмениваться файлами со скоростью в несколько сотен мегабит. Можно отметить, что подобные ресурсы даже для пользователей современных проводных каналов не всегда доступны. Большинство российских провайдеров передают своим абонентам в распоряжение канал передачи данных со скоростью, не превышающей 100 Мбит/сек, на практике — чаще всего в несколько раз меньшей.

Поколения сотовых технологий

Стандарт NMT, как правило, относится к поколению 1G. Технологии GPRS и EDGE часто классифицируются как 2G, HSDPA — как 3G, LTE — как 4G. Следует отметить, что у каждого из отмеченных решений есть конкурентные аналоги. Например, к таковым в отношении LTE некоторые специалисты относят WiMAX. Другие конкурентные в отношении LTE решения на рынке 4G-технологий — 1xEV-DO, IEEE 802.20. Есть точка зрения, по которой стандарт LTE все же не вполне корректно классифицировать как 4G, поскольку по максимальной скорости он немного не дотягивает до показателя, определенного в отношении концептуального 4G, который составляет 1 Гбит/сек. Таким образом, не исключено, что в скором времени на мировом рынке сотовой связи появится новый стандарт, возможно, еще более совершенный, чем 4G и способный обеспечивать передачу данных со столь впечатляющей скоростью. Пока же в числе тех решений, что внедряются наиболее динамично, — LTE. Ведущие российские операторы активно модернизируют соответствующую инфраструктуру по всей стране — обеспечение качественной передачи данных по стандарту 4G становится одним из ключевых конкурентных преимуществ на рынке сотовой связи.

Технологии трансляций телевидения

Цифровые концепции передачи данных могут быть задействованы также и в медиаиндустрии. Долгое время информационные технологии в организацию трансляций телевидения и радио внедрялись не слишком активно — главным образом, в силу ограниченной рентабельности соответствующих усовершенствований. Часто задействовались решения, сочетавшие в себе цифровые и аналоговые технологии. Так, в полной мере «компьютеризированной» могла быть инфраструктура телецентра. Однако для абонентов телевизионных сетей транслировались аналоговые передачи.

По мере распространения интернета и удешевления каналов компьютерной передачи данных игроки телевизионной и радиоиндустрии стали активно «оцифровывать» свою инфраструктуру, интегрировать ее с IT-решениями. В разных странах мира были утверждены стандарты телевизионного вещания в цифровом формате. Из них наиболее распространенными считаются DVB, адаптированный для европейского рынка, ATSC, используемый в США, ISDB, задействуемый в Японии.

Цифровые решения в радиоиндустрии

Информационные технологии также активно задействуются в радиоиндустрии. Можно отметить, что подобные решения характеризуются определенными преимуществами в сравнении с аналоговыми стандартами. Так, в цифровых радиотрансляциях может быть достигнуто существенно более высокое качество звука, чем при задействовании FM-каналов. Цифровая сеть передачи данных теоретически дает радиостанциям возможность отправки на радиоприемники абонентов не только голосового трафика, но также и любого другого медиаконтента — картинок, видео, текстов. Соответствующие решения могут быть внедрены в инфраструктуру организации цифровых телевизионных трансляций.

Спутниковые каналы передачи данных

В отдельную категорию следует выделить спутниковые каналы, посредством которых может осуществляться передача данных. Формально мы вправе отнести их к беспроводным, однако масштабы их задействования таковы, что объединять соответствующие решения в один класс с Wi-Fi и Bluetooth будет не вполне корректно. Спутниковые каналы передачи данных могут быть задействованы - на практике это так и происходит - при выстраивании практически любого типа инфраструктуры связи из тех, что перечислены нами выше.

Посредством «тарелок» можно организовывать объединение ПК в сети, подключать их к интернету, обеспечивать функционирование телевизионных и радиотрансляций, повышать уровень технологичности мобильных сервисов. Основное преимущество спутниковых каналов — всеохватность. Передача данных может быть осуществлена при их задействовании практически в любое место планеты — равно как и прием — с любой точки земного шара. Есть у спутниковых решений также некоторые технологические недостатки. Например, при передаче компьютерных файлов с помощью «тарелки» может возникать заметная задержка отклика, или «пинга» — временного промежутка между моментом отправки файла с одного ПК и получения его на другом.