Teória informácií - prenosová cesta. Štvrtok, 13 Október :34

Transcript

1 Teória informácii je to vedná disciplína zaoberajúca sa problémami získavania, kódovania, prenosu a spracovania informácii, pričom množstvo informácii vyjadruje kvantitatívne. Každý informačný systém sa v podstate skladá zo zdroja informácie, z prenosovej cesty, zo zdroja porúch a z prijímača informácie. Zdrojom informácie môže byť ľubovoľný fyzikálny systém (technické zariadenie, proces, jav, ale aj človek). Získaná informácia sa spravidla prenáša prenosovou cestou informačným signálom. Prenosovú cestu informačného signálu tvoria rôzne fyzikálne prostredia, ktoré sú schopné preniesť informáciu bez veľkých strát. Počas prenosu pôsobia na signál rušivé vplyvy - poruchy. Zdrojom porúch sú náhodné procesy, tzv. fluktuačné poruchy ( biely šum"), prechodné javy (vznikajúce vplyvom búrkovej činnosti, spínacích dejov v silnoprúdovej sieti a pod.), alebo systematicky sa vyskytujúce nenáhodné signály (indukovaním z výkonnejších zdrojov priemyselnej frekvencie a pod.). Vplyvom týchto porúch sa na vstup prijímača dostáva viac neurčitosti, a teda menej informácií ako zdroj vyslal. Prijímačom informácie je ľubovoľné technické zariadenie (pri automatickej regulácii, diaľkovom meraní, v telekomunikáciách, a pod.) alebo človek. Teória informácie umožňuje bez ohľadu na druh správ kvantitatívne vyjadriť množstvo nových údajov informácii, nezávisle od druhu zdroja informácie, spôsobu prenosu, tvaru správy (analógový alebo diskrétny), typu porúch a bez ohľadu na subjekt, t.j. prijímač informácie, pre ktorý bola informácia určená. Poskytuje teda objektívnu mieru pre nové údaje v správe. 1 / 18

2 ZI - Zdroj informácie PK prenosový kanál DK dekodér kanála KZ kóder zdroja zdroja DZ dekodér KK kóder kanála informácie SI spotrebič Správa je usporiadaný súbor prvkov prostredníctvom ktorej sa uskutočňuje proces oznámenia informácie Vysielač vykonáva kódovanie, v zjednodušenej podobe skladá sa: kóder zdroja vykonáva transformáciu prvkov správy na signály vhodné pre spracovanie v číslicových systémoch kóder kanála- vykonáva transformáciu signálu na signál vhodný pre prenos PK Prenosový kanál prostredie alebo médium prostredníctvom ktorého sa prenáša správa od zdroja k spotrebiču informácie Prijímač vykonáva dekódovanie, v zjednodušenej podobe skladá sa: 2 / 18

3 dekodér kanála obnovuje prijatý signál ktorý bol prenosom ovplyvnený, a transformuje ho do podoby vhodnej k spracovaniu v číslicových systémoch dekodér zdroja transformuje signál do pôvodnej podoby správy Spotrebič informácie vykonáva vyhodnotenie prijatej správy V telekomunikačných sieťach sa signály prenášajú na potrebnú vzdialenosť pomocou elektromagnetického vlnenia. Vlnenie je charakterizované frekvenciou a vlnovou dĺžkou, ktorá závisí od rýchlosti šírenia vlny v prenosovom prostredí. Prenosová cesta Pre prenos elektromagnetického vlnenia sa vytvára prenosová cesta: metalické vedenie (koaxiálny kábel, krútená dvojlinka), optické vedenie (jednomodové, mnohomodové), alebo využívame voľný priestor (rádiové, mikrovlnné, rádioreleové, satelitné). Jednotlivé prenosové cesty sa vzájomne doplňujú a v praxi sa často kombinujú. Pri riešení prenosovej cesty sa vychádza zo vzdialenosti a objemu prenášaných informácií a v súčasnosti vystupuje do popredia aspekt obmedzenia vlastného vyžarovania a odolnosti proti rušeniu EMC 3 / 18

4 elektromagnetickej kompatibility. Všeobecne klesá význam metalických vedení a rozširuje sa používanie optických prenosových ciest. Rádiové prenosové cesty majú veľký význam pre svoju mobilitu. Koaxiálny kábel Vykazuje pomerne dobré parametre pri frekvenciách pod 1 GHz. Skladá sa z nasledujúcich vrstiev: 1. nosný vodič (signálový vodič): vodivý drôt, vyrobený väčšinou z medi môže byť buď plný nebo splietaný jeho priemer (popr. počet vlákien) je jedným z faktorov ovplyvňujúcom útlm 2. izolácia: izolačná vrstva vyrobená z dielektrika, ktorá je umiestená okolo nosného vodiča ako dielektrikum sa používa upravený polyethylén alebo teflon 3. fóliové tienenie: tienenie z tenkej fólie okolo dielektrika obvykle zložené z hliníka toto tienenie nemajú všetky koaxiálne kabely 4 / 18

5 4. splietané tienenie: splietaný vodič (fólia) vyrobený z medi alebo hliníka môže slúžiť nosnému vodiču ako uzemnenie spolu s fóliovým tienením chráni nosný vodičpred EMI 5. plášť, vonkajší kryt : plenum (žiaruvzdorný) : vyrobený z teflonu alebo kynaru nonplenum: vyrobený z polyethylénu alebo PVC Funkčne môže byť koaxiálny kábel rozdelený na varianty pracujúce v: základnom pásme (baseband): má len jeden kanál, ktorým môže byť prenesená len jediná správa súčasne. preloženom pásme (broadband): môže prenášať niekoľko analógových signálov (na rôznych frekvenciách) súčasne. 5 / 18

6 Podľa hrúbky môžeme koaxiálne káble rozdeliť na: hrubý (thick): hrubý Ethernet kábel, "thicknet", 10base5,... priemer = 3/8 (cca. 1cm) tenký (thin): tenký Ethernet kábel, "thinnet", "cheapernet", 10base2,... priemer = 3/16 (cca. 0,5cm) Výhody koaxiálneho káblu: veľká odolnosť proti EMI prijateľná cena (tenký koax. kábel) môže slúžiť i k prenosu hlasu a videa (v preloženom pásme) Nevýhody koaxiálneho káblu: 6 / 18

7 zložitá inštalácia (hrubý koax. kábel) nízke prenosové rýchlosti (do 10Mbps) Krútená dvojlinka (twisted pair) Dva vodiče sú vždy vzájomne okolo seba obtočené (minimalizuje presluchy, EMI a straty spôsobené kapacitným odporom, tj. tendenciou nevodiča uchovávať elektrický náboj). Vyrába sa v dvoch základných variantoch: UTP (Unshielded Twisted Pair) - netienená krútená dvojlinka krútená dvojlinka FTP (Foiled Twisted Pair), alebo tiež STP (Screened UTP) - tienená Štvorpárový 100Ω UTP, s jednoduchou fóliou (vtedy F ako Foiled - fóliované), alebo opletaním (vtedy S ako Shield - štít) všetkých štyroch párov vodičov spolu pre minimalizáciu elektromagnetického rušenia a vyžarovania. Skladá sa z nasledujúcich častí: 1. vodiče: 7 / 18

8 sú vždy v pároch vzájomne obtočené okolo seba obvykle sú vyrobené z medi môžu byť plné nebo splietané počet párov je rôzny (2, 4, 6, 8, 25, 50, 100), pre sieťové aplikácie sú to najčastejšie 2 alebo 4 páry 2. tienenie (len u STP, FTP): fóliové tienenie okolo každého páru vodičov splietané (fóliové) tienenie okolo všetkých párov 3. vonkajší plášť: vonkajší kryt vyrobený z PVC (nonplenum) alebo z teflónu príp. kynaru (plenum) Impedancia vodiča : UTP 100 Ω (Unshielded Twisted Pair) FTP 100 Ω (Foiled Twisted Pair) STP 150 Ω (Shielded Twisted Pair) - pre Token-Ring. Kategórie káblov UTP (Cat1-7) a STP (Cat3-7): 8 / 18

9 Cat1 - menej ako 1MHz - anal. a digit. prenos hlasu (telefón), Cat2-4MHz - Token Ring, 4Mbps, Cat3-16MHz - 10base-T, 4Mbps v Token Ring-u, Cat4-20MHz - Token Ring, 16Mbps, Cat5-100MHz - 100Base-T, 1000Base-T (4 páry), Cat5e - 100MHz Base-T, Cat6-250MHz - 10Gbps, Cat7-600MHz. Výhody krútenej dvojlinky: UTP je ľahký a flexibilný (jednoduchá inštalácia) STP poskytuje dobrú ochranu proti EMI pomerne nízka cena (najmä UTP) vysoká dostupnosť Nevýhody krútenej dvojlinky: STP, FTP je hrubý a ťažko sa s ním pracuje UTP je citlivý na rušenia UTP signály nemôžu byť prenášané bez regenerácie (zosilnenia a čistenia) na väčšie vzdialenosti (v porovnaní s inými typmi káblov) Použitie Twisted Pair-u 9 / 18

10 10/100/1000 BASE-T 4/16 Mbps Token Ring 155 Mbps ATM Označovanie káblov Ethernet: U bez tienenia (Unscreened, Unshielded) F tienenie fóliou (Foiled) S tienenie opletením (Shielded) Niektorí výrobcovia označujú káble tzv. metrážou - na každom celom metri má označenie typu, vyhotovenia a dĺžky - vzdialenosti od začiatku kábla v metroch, kvôli uľahčeniu práce. Označovanie vodičov Jednotlivé krútené páry, resp. vodiče v kábli sú farebne rozlíšené. Obvykle je jeden vodič páru celý homogénne označený jednou farbou a jemu prislúchajúci pár obsahuje farebný pásik tej istej farby. Napr. ak je vodič modrý, k nemu prislúchajúci pár je biely s modrým pásikom (bielo-modrý). V sieťach Ethernet sa pre jednotlivé páry používa kombinácia farieb: bielo-oranžová/oranžová, bielo-zelená/zelená, bielo-modrá/modrá, bielo-hnedá/hnedá Vodiče môžu byť v konektore zapojené podľa TIA/EIA-568-B, alebo TIA/EIA-568-A. Oboje zapojenia sú rovnocenné, Dôležíté je len, aby kábel mal na oboch koncoch páry zapojené rovnako, podľa jednej normy. Krížený kábel (crosslink, crossover) Ak na jednom konci kábla použijeme zapojenie podľa normy TIA/EIA-568-A a na druhom konci zapojenie podľa normy B, vznikne krížený kábel (cross link). Pomocou neho sa dajú prepojiť dva počítače do siete priamo, bez aktívneho prepínacieho prvku. Väčšina dnešných aktívnych prvkov (rozbočovač, prepínač, most, smerovač...) je necitlivá na typ kábla (môžeme použiť aj typ A, aj B, aj krížený) - nie je to však pravidlo. Krížený kábel by sa mal používať len na priame spojenie dvoch počítačov a nemal by sa používať v žiadnych iných aktívnych prvkoch. Na trhu sú aj križovacie redukcie, krátke kábliky osadené na jednom konci zástrčkou a na druhej strane zásuvkou RJ-45. Redukcia vytvorí prekríženie. Takéto prekríženie sa používa len pre 10base-T a 100base-T Ethernet. Gigabit Ethernet používajúci všetky vodiče 10 / 18

11 v kábli potrebuje prekríženie všetkých vodičov. Ukončenie kábla Kábel je obvykle ukončený konektorom RJ-45 (v anglosaských krajinách označovaný ako 8P8C), alebo zásuvkou rovnakého typu. Konektor (zástrčka RJ-45) sa na kábel krimpuje pomocou krimpovacích klieští). Zásuvky majú obvykle nožový systém pre rýchlu inštaláciu. Na inštaláciu sa používa špeciálne zatláčacie náradie. Zásuvky a zástrčky sa vyrábajú v rovnakých kategóriách ako káble. Podobne ako káble môžu mať aj konektory podľa kategórie doplnkové tienenie (Shield). Optický kábel Je médium, ktoré prenáša signály prostredníctvom svetla. Jednotlivé druhy optických káblov sa líšia vo svojich rozmeroch, zložení a taktiež vlnových dĺžkach svetla, ktoré dokážu prenášať. Svetelný signál podlieha iba minimálnemu odporu. Väčšinou sa v kábli nachádzajú dve jadrá, každé pre prenos v jednom smere. Svetelný lúč musí dopadať na steny jadra v uhle väčšom ako je tzv. kritický uhol. 11 / 18

12 : Optický kábel sa skladá z nasledujúcich častí: 1.jadro zložené z jedného alebo viacerých sklenených príp. plastických vlákien, ktorými prechádza svetelný signál plastické vlákna sú jednoduchšie na výrobu, ale je ich možné použiť len na kratšiu vzdialenosť priemer jadra sa pohybuje od 2 do niekoľko sto mikrometrov 2.plášť svetlovodu: vyrobený ako jedna časť spoločne s jadrom jedná sa o vrstvu (obyčajne z plastu) s nižším indexom lomu svetla ako má jadro: jeho úlohou je "udržať" svetlo vo vnútri svetlovodu priemer plášťa je od 100 mikrometrov do 1 mm 3.obal: vonkajšie ochranné puzdro (plenum alebo nonplenum) 4.zosilňovacia vrstva 12 / 18

13 medzi plášťom jadra a obalom nachádza vrstva kevlarových vlákien, ktorá zabraňuje jeho náhodnému prelomeniu a zvyšuje jeho celkovú pevnosť Rozdelenieoptických káblov: 1. Podľa počtu prenášaných vidov (svetelných priebehov) jednovidové (single-mode): jadro máveľmi malý priemer (5-8 mikrometrov) svetlo môže v jadre postupovať len jednou cestou obtiažnejšie sa inštaluje pretože vyžaduje väčšiu presnosť dovoľuje vysoké prenosové rýchlosti (cez 50 Gb/s) máveľmi malý útlm prenos dát až do 3km 13 / 18

14 multividové (multi-mode): majú hrubšie jadro ako jednovidové svetelný lúč má viac priestoru a môže prebiehať v jadre viacerými cestami viacero svetelných priebehov môže viesť k rušeniu signálu na strane prijímača ako veličina skreslenia sa používa modálna disperzia, ktorá sa udáva v ns/km a predstavuje rozdiel medzi najrýchlejším a najpomalším svetelným priebehom prenos dát do 2km 2. Podľa typu plášťa svetlovodu step index kábel: kábel so skokovou zmenou v indexe lomu používa sa u multividových i jednovidových káblov v prípade multividových káblov sa jedná o najjednoduchší a najlacnejší typ optického káblu (jadro má priemer 50 až 125 mikrometrov, plášť svetlovodu 140 mikrometrov, vhodné pre prenosové rýchlosti 200 Mb/s - 3 Gb/s) 14 / 18

15 graded index kábel: kábel s postupnou zmenou indexu lomu používa sa len u multividových káblov lepšie vedie svetelný signál, má nižší útlm i menšiu modálnu disperziu umožňuje až 10 krát širšie prenosové pásma ako multividový step index kábel najčastejšie používaný typ optického káblu 3. Podľa umiestenia svetlovodu v jeho plášti loose-tube konštrukcia: svetlovod je umiestnený voľne v jeho plášti medzi svetlovodom a plášťom je vzduch alebo gél tlmí sa lokálny ohyb svetlovodu 15 / 18

16 predchádza microbending-u svetlovodu tight-buffer konštrukcia: svetlovod je fixne umiestnený v jeho plášti zvyšuje pevnosť káblu svetlovod sa nešúcha o steny plášťa Optické káble sú špecifikované v tvare priemer jadra/priemer plášťa svetlovodu (jednotkou je mikrometer): 8/125: jednovidový kábel, veľmi drahý, vhodný pre vlnové dĺžky 1300 nm alebo 1550 nm 62.5/125: najpoužívanejší typ, vhodný pre vlnové dĺžky 850 nm alebo 1300 nm 100/140: špecifikácia IBM pre siete Token-Ring Útlm na optickom kábli: 16 / 18

17 Pohybuje sa približne od 0,5 db/km (jednovidové) až do 1000 db/km (plastické multividové) vnútorný: scattering: odraz časti svetla spôsobený mikroskopickými nepresnosťami v jadre absorption: spôsobená nečistotami v materiále, ktoré pohlcujú časť energie a premieňajú ju na teplo vonkajší: macrobending: vzniká nevhodným ohybom káblu microbending: vzniká drobnými nerovnosťami na rozhraní medzi jadrom a jeho plášťom Wireless rýchlosť 1 and 2 Mbps b - Wi-Fi (1, 2, 5.5 and 11 Mbps ) g (rýchlosť až 54 Mbps ) 17 / 18

18 18 / 18