ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:

Лекция 6. Анализ и синтез информационных систем. 7 страница

⇐ Предыдущая 16 17 18 19 202122 23 24 25 Следующая ⇒

В соответствии с выражением (2.37) предельное количество информации, которое может быть передано по каналу связи за время Ти.

irmty.u)

PJfy»1

Отсюда следует, что если ^{1 ъ}, то при условии обеспечения посредством

преобразования сигнала полного использования физических возможностей канала максимальное количество информации, которое можно получить о сигнале, близки к емкости канала:

!™*<y,U) = V_K = T_KF_K log(P_umax fP^)

1) называется сигнал, который точно определен в любой момент времени

A) стохастическим

Б) Детерминированным

B) Динамическим Г) Статистическим Д) периодическим

2) называется сигнал, для которого выполняется условие s(t) = s(t + кТ), где к - любое

целое число, Т - период, являющийся конечным отрезком времени.

A) стохастическим

Б) Детерминированным

B) Динамическим Г) Статистическим Д) Периодическим

3) сигнал, как правило, ограничен во времени

A) стохастический

Б) Детерминированный

B) Динамический Г) Непериодический Д) Периодический

4) сигналом называют функцию времени, значения которой заранее неизвестны и

могут быть предсказаны лишь с некоторой вероятностью.

A) Случайным

Б) Детерминированным

B) Динамическим Г) Статистическим Д) Периодическим

5) сигнал представляет из себя комбинацию узких импульсов одинаковой амплитуды,

выражающих в двоичном виде дискретные отсчеты сигнала.

A) Цифровой Б) Случайный

B) Аналоговый Г) Периодический Д) Непериодический

6) При передаче непрерывных сообщений по системам связи с использованием импульсной модуляции или кодирования возникает необходимость.......................................................... сообщений по времени.

A) Дискретизации Б) Квантования

B) Частотности Г)Передачи Д) Модуляции

7) Количество модуляций в секунду называется скоростью модуляции и измеряется

А) в бодах (Бод)

Б) в битах(бит/с или BPS - Bits Per Secon[a]

A) в байтах Г)в натах

Д) в килобайтах

Е) Количество переданной информации при скорости модуляции измеряется

A) в бодах (Бод)

Б) в битах{бит/с или BPS - Bits Per Secon[a]

B) в байтах Г)в натах

Д) в килобайтах

) - это управление частотой несущего колебания по закону модулируюгцего сигнала.

A) Частотная модуляция Б) Фазовая модуляция

B) относительная фазовая модуляция

Г) Квадратурно-амплитудная модуляция Д) Амплитудная модуляция

10) Амплитудной модуляцией называют такое управление информационным параметром, при котором по закону модули руюгцего сигнала изменяется ее амплитуда.

A) Частотная модуляция Б) Фазовая модуляция

B) относительная фазовая модуляция

Г) Квадратурно-амплитудная модуляция Д) Амплитудная модуляция

11) характеризуется изменением фазы несущей пропорционально мгновенным

значениям модулирующего сигнала

A) Частотная модуляция Б) Фазовая модуляция

B) относительная фазовая модуляция

Г) Квадратурно-амплитудная модуляция Д) Амплитудная модуляция

12) При информация передается путем сдвига фазы несущего сигнала.

A) Частотная модуляция Б) Фазовая модуляция

B) относительная фазовая модуляция

Г) Квадратурно-амплитудная модуляция Д) Амплитудная модуляция

13) сочетает изменение фазы и амплитуды сигнала. Этот вид модуляции называется

потому, что сигнал представляется суммой синусоидальной и косинусоидально составляющих, которые находятся в квадратуре по отношению друг к другу.

A) Частотная модуляция (ЧМ) Б) Фазовая модуляция (ФМ)

B) относительная фазовая модуляция (ОФМ)

Г) Квадратурно-амплитудная модуляция (КАМ) Д) Амплитудная модуляция (AM)

- это описание любым способом его свойств.

А) Физическая характеристика сигнала Б) Статическая характеристика

сигнала

A) Динамическая характеристика сигнала Г) Логическая характеристика сигнала

Д) детерменированная характеристика сигнала

Тема 5. Сети передачи данных

Лекция 10. Сети передачи данных.

Современные телекоммуникационные технологии основаны на использовании информационных сетей.

Коммуникационная сет ь - система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами.

Отличительная особенность коммуникационной сети - большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами. В качестве продукта могут фигурировать информация, энергия, масса, и соответственно различают группы сетей информационных, энергетических, вещественных. В группах сетей возможно разделение на подгруппы. Так, среди вещественных сетей могут быть выделены сети транспортные, водопроводные, производственные и др.

Информационная сет ь - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация.

Вычислит ельная сет ь - информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и друтое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных.

Подготовка данных, передаваемых или получаемых ООД от среды передачи данных, осуществляется функциональным блоком, называемым аппаратурой окончания канала данных (АКД или DCE - Data Ciicuit-Terminating Equipment). АКД может быть конструктивно отдельным или встроенным в ООД блоком. ООД и АКД вместе представляют собой станцию данных, которую часто называют узлом сети. Примером АКД может служить модем.

Современные тенденции. Сегодня разрыв между локальными и глобальными сетями постоянно сокращается во многом из-за появления высокоскоростных территориальных каналов связи, не уступающих по качеству кабельным системам локальных сетей. В глобальных сетях появляются службы доступа к ресурсам, такие же удобные и прозрачные, как и службы локальных сетей. Подобные примеры в большом количестве демонстрирует самая популярная глобальная сеть - Internet. Изменяются и локальные сети. Вместо соединяющего компьютеры пассивного кабеля в них в большом количестве появилось разнообразное коммуникационное оборудование — коммутаторы, маршрутизаторы, шлюзы. Благодаря такому оборудованию появилась возможность построения больших корпоративных сетей, насчитывающих тысячи компьютеров и имеющих сложную структуру

Проявилась еще одна очень важная тенденция, затрагивающая в равной степени как локальные, так и глобальные сети. В них стала обрабатываться несвойственная ранее вычислительным сетям информация — голос, видеоизображения, рисунки. Это потребовало внесения изменений в работу протоколов, сетевых операционных систем и коммуникациоиного оборудования.

Вычислительные сети - частный случай распределенных систем. Компьютерные сети относятся к распределенным (или децентрализованным) вычислительным системам. Поскольку основным признаком распределенной вычислительной системы является наличие нескольких центров обработки данных, то наряду с компьютерными сетями к распределенным системам относят также мультипроцессорные компьютеры и многомашинные вычислительные комплексы.

В мульт ипроцессорных компьют ерах имеется несколько процессоров, каждый из которых может относительно независимо от остальных выполнять свою программу. В мультипроцессоре существует общая для всех процессоров операционная система, которая оперативно распределяет вычислительную нагрузку между процессорами. Взаимодействие между отдельными процессорами организуется наиболее простым способом - через общую оперативную память. Все периферийные устройства являются для всех процессоров мультипроцессорной системы общими. Территориальную распределенность мультипроцессор не поддерживает — все его блоки располагаются в одном или нескольких близко расположенных конструктивах, как и у обычного компьютера. Основное достоинство мультипроцессора — его высокая производительность, которая достигается за счет параллельной работы нескольких процессоров.

Многомашинная сист ема — это вычислительный комплекс, включающий в себя несколько компьютеров (каждый из которых работает под управлением собственной операционной системы), а также программные и аппаратные средства связи компьютеров, которые обеспечивают работу всех компьютеров комплекса как единого целого. Работа любой многомашинной системы определяется двумя главными компонентами: высокоскоростным механизмом связи процессоров и системным программным обеспечением, которое предоставляет пользователям и приложениям прозрачный доступ к ресурсам всех компьютеров, входящих в комплекс. В состав средств связи входят программные модули, которые занимаются распределением вычислительной нагрузки, синхронизацией вычислений и реконфигурацией системы. Если происходит отказ одного из компьютеров комплекса, его задачи могут быть автоматически переназначены и выполнены на друтом компьютере. Если в состав многомашинной системы входят несколько контроллеров внешних устройств, то в случае отказа одного из них, друтие контроллеры автоматически подхватывают его работу. Таким образом, достигается высокая отказоустойчивость комплекса в целом. Помимо повышения отказоустойчивости, многомашинные системы позволяют достичь высокой производительности за счет организации параллельных вычислений. По сравнению с мультипроцессорными системами возможности параллельной обработки в многомашинных системах ограничены: эффективность распараллеливания резко снижается, если параллельно выполняемые задачи тесно связаны междз собой по данным. Территориальная распределенность в многомашинных комплексах не обеспечивается, так как расстояния между компьютерами определяются длиной связи между процессорным блоком и дисковой подсистемой.

В вычислит ельных сет ях программные и аппаратные связи являются еще более слабыми, а автономность обрабатывающих блоков проявляется в наибольшей степени - основными элементами сети являются стандартные компьютеры, не имеющие ни общих блоков памяти, ни общих периферийных устройств. Связь между компьютерами осуществляется с помощью специальных периферийных устройств - сетевых адаптеров, соединенных относительно протяженными каналами связи. Каждый компьютер работает под управлением собственной операционной системы, а какая-либо «общая» операционная система, распределяющая работу между компьютерами сети, отсутствует. Взаимодействие между компьютерами сети происходит за счет передачи сообщений через сетевые адаптеры и каналы связи. С помощью этих сообщений один компьютер обычно запрашивает доступ к локальным ресурсам друтого компьютера. Такими ресурсами могут быть как данные, хранящиеся на диске, так и разнообразные периферийные устройства - принтеры, модемы, факс-аппараты и т. д. Разделение локальных ресурсов каждого компьютера между всеми пользователями сети — основная цель создания вычислительной сети.

На тех компьютерах, ресурсы которых должны быть доступны всем пользователям сети, необходимо добавить модули, которые постоянно будут находиться в режиме ожидания запросов, поступающих по сети от друтих компьютеров. Обычно такие модули называются программными серверами (server), так как их главная задача — обслуживать (serve) запросы на доступ к ресурсам своего компьютера. На компьютерах, пользователи которых хотят получать доступ к ресурсам друтих компьютеров, также нужно добавить к операционной системе некоторые специальные программные модули, которые должны вырабатывать запросы на доступ к удаленным ресурсам и передавать их по сети на нужный компьютер. Такие модули обычно называют программными клиент ами (client). Собственно же сетевые адаптеры и каналы связи решают в сети достаточно простую задачу - они передают сообщения с запросами и ответами от одного компьютера к другому, а основную работу по организации совместного использования ресурсов выполняют клиентские и серверные части операционных систем.

Термины «клиент» и «сервер» используются не только для обозначения программных модулей, но и компьютеров, подключенных к сети. Если компьютер предоставляет свои ресурсы друтим компьютерам сети, то он называется сервером, а если он их потребляет — клиентом. Иногда один и тот же компьютер может одновременно играть роли и сервера, и клиента.

Вычислительные сети классифицируются по ряду признаков.

В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают вычислительные

сети:

т еррит ориальные - охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);

локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);

корпорат ивные (масшт аба предприят ия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях. Локальные и корпоративные вычислительные сети - основной вид вычислительных сетей, используемых в системах автоматизированного проектирования (САПР).

Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet (реализованная в ней информационная служба World Wide Web (WWW) переводится на русский язык как всемирная паутина); это сеть сетей со своей технологией. В Internet существует понятие инт расет ей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet.

2. Пропускная способность сети связи. Методы решения задачи статической маршрутизации.

Главным требованием, предъявляемым к сетям, является выполнение сетью ее основной функции - обеспечение пользователям потенциальной возможности доступа к разделяемым ресурсам всех компьютеров, объединенных в сеть. Все остальные требования - производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость - связаны с качеством выполнения этой основной задачи.

Хотя все эти требования весьма важны, часто понятие «качество обслуживания» (Quality of Service, QoS) компьютерной сети трактуется более узко - в него включаются только две самые важные характеристики сети - производительность и надежность.

Независимо от выбранного показателя качества обслуживания сети существуют два подхода к его обеспечению. Первый подход состоит в том, что сеть (точнее, обслуживающий ее персонал) гарантирует пользователю соблюдение некоторой числовой величины показателя качества обслуживания. Например, сеть может гарантировать пользователю А, что любой из его пакетов, посланных пользователю В, будет задержан сетью не более, чем на 150 мс. Или, что средняя пропускная способность канала между пользователями А и В не будет ниже 5 Мбит/с, при этом канал будет разрешать пульсации графика в 10 Мбит на интервалах времени не более 2 секунд. Технологии frame relay и ATM позволяют строить сети, гарантаруюгцие качество обслуживания по производительности.

Второй подход состоит в том, что сеть обслуживает пользователей в соответствии с их приоритетами. То есть качество обслуживания зависит от степени привилегированности пользователя или группы пользователей, к которой он принадлежит. Качество обслуживания в этом случае не гарантируется, а гарантируется только уровень привилегий пользователя. Такое обслуживание называется обслуживанием best effort - с наибольшим старанием. Сеть старается по возможности более качественно обслужить пользователя, но ничего при этом не гарантирует. По такому принципу работают, например, локальные сети, построенные на коммутаторах с приоритезацией кадров.

Потенциально высокая производительность - это одно из основных свойств распределенных систем, к которым относятся компьютерные сети. Это свойство обеспечивается возможностью распараллеливания работ между несколькими компьютерами сети. Существует несколько основных характеристик производительности сети:

• время реакции;

• пропускная способность;

• задержка передачи и вариация задержки передачи.

Время реакции сети является интегральной характеристикой производительности сети с точки зрения пользователя. Именно эту характеристику имеет в виду пользователь, когда говорит: «Сегодня сеть работает медленно». В общем случае время реакции определяется как интервал времени между возникновением запроса пользователя к какой-либо сетевой службе и получением ответа на этот запрос. Очевидно, что значение этого показателя зависит от типа службы, к которой обращается пользователь, от того, какой пользователь и к какому серверу обращается, а также от текущего состояния элементов сети - загруженности сегментов, коммутаторов и маршрутизаторов, через которые проходит запрос, загруженности сервера и т. п. Поэтому имеет смысл использовать также и средневзвешенную оценку времени реакции сети, усредняя этот показатель по пользователям, серверам и времени дня (от которого в значительной степени зависит загрузка сети). Время реакции сети обычно складывается из нескольких составляющих. В общем случае в него входит время подготовки запросов на клиентском компьютере, время передачи запросов между клиентом и сервером через сегменты сети и промежуточное коммуникационное оборудование, время обработки запросов на сервере, время передачи ответов от сервера клиенту и время обработки получаемых от сервера ответов на клиентском компьютере.

Пропускная способност ь отражает объем данных, переданных сетью или ее частью в единицу времени. Пропускная способность уже не является пользовательской характеристикой, так как она говорит о скорости выполнения внутренних операций сети - передачи пакетов данных между узлами сети через различные коммуникационные устройства. Зато она непосредственно характеризует качество выполнения основной функции сети - транспортировки сообщений - и поэтому чаще используется при анализе производительности сети, чем время реакции.

Пропускная способность измеряется либо в битах в секунду, либо в пакетах в секунду. Пропускная способность может быть мгновенной, максимальной и средней.

Средняя пропускная способност ь вычисляется путем деления общего объема переданных данных на время их передачи, причем выбирается достаточно длительный промежуток времени — час, день или неделя.

Мгновенная пропускная способност ь отличается от средней тем, что для усреднения выбирается очень маленький промежуток времени — например, 10 мс или 1 с.

Максимальная пропускная способност ь — это наибольшая мгновенная пропускная способность, зафиксированная в течение периода наблюдения.

Чаще всего при проектировании, настройке и оптимизации сети используются такие показатели, как средняя и максимальная пропускные способности. Средняя пропускная способность отдельного элемента или всей сети позволяет оценить работу сети на большом промежутке времени, в течение которого в силу закона больших чисел пики и спады интенсивности графика компенсируют друг друга. Максимальная пропускная способность позволяет оценить возможности сети справляться с пиковыми нагрузками, характерными для особых периодов работы сети, например утренних часов, когда сотрудники предприятия почти одновременно регистрируются в сети и обращаются к разделяемым файлам и базам данных.

Пропускную способность можно измерять между любыми двумя узлами или точками сети, например между клиентским компьютером и сервером, между входным и выходным портами маршрутизатора. Для анализа и настройки сети очень полезно знать данные о пропускной способности отдельных элементов сети.

Важно отметить, что из-за последовательного характера передачи пакетов различными элементами сети общая пропускная способность сети любого составного пути в сети будет равна минимальной из пропускных способностей составляющих элементов маршрута. Для повышения пропускной способности составного пути необходимо в первую очередь обратить внимание на самые медленные элементы - в данном случае таким элементом, скорее всего, будет маршрутизатор. Иногда полезно оперировать с общей пропускной способност ью сет и, которая определяется как среднее количество информации, переданной между всеми узлами сети в единицу времени. Этот показатель характеризует качество сети в целом, не дифференцируя его по отдельным сегментам или устройствам.

Задерж ка передачи определяется как задержка между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства или части сети и моментом появления его на выходе этого устройства. Этот параметр производительности по смыслу близок ко времени реакции сети, но отличается тем, что всегда характеризует только сетевые этапы обработки данных, без задержек обработки компьютерами сети. Обычно качество сети характеризуют величинами максимальной задерж ки передачи и вариацией задерж ки. Не все типы трафика чувствительны к задержкам передачи, во всяком случае, к тем величинам задержек, которые характерны для компьютерных сетей, - обычно задержки не превышают сотен миллисекунд, реже - нескольких секунд. Такого порядка задержки пакетов, порождаемых файловой службой, службой электронной почты или службой печати, мало влияют на качество этих служб с точки зрения пользователя сети. С друтой стороны, такие же задержки пакетов, переносящих голосовые данные или видеоизображение, могут приводить к значительному снижению качества предоставляемой пользователю информации - возникновению эффекта «эха», невозможности разобрать некоторые слова, дрожание изображения и т. п.

Пропускная способность и задержки передачи являются независимыми параметрами, так что сеть может обладать, например, высокой пропускной способностью, но вносить значительные задержки при передаче каждого пакета. Пример такой ситуации дает канал связи, образованный геостационарным спутником. Пропускная способность этого канала может быть весьма высокой, например 2 Мбит/с, в то время как задержка передачи всегда составляет не менее 0,24 с, что определяется скоростью распространения сигнала (около 300 ООО км/с) и длиной канала (72 ООО км).

Пропускная способность канала связи - это наибольшее значение скорости передачи информации при заданных ограничениях (размерность - бит/с):

C=maxR

где R -скорость

Пропускная способность дискретного канала, по которому передается m дискретных сигналов равна:

С=В log^m

где B=l/U™ - скорость модуляции Бод;

U™ - длительность импульса;

Для двоичного канала m = 2:

C=B[1+plog₂p +(1-p) log₂(1-p)]

При p = 0,5 пропускная способность двоичного канала равна нулю, этот случай называют обрывом канала (физически это означает, что вероятность ошибки р = 0,5 можно получить и ничего не передавая по каналу).

При р = 0 и р = 1 пропускная способность одинакова, это объясняется тем, что прием сигналов производится в негативе, достаточно заменить 0 на 1 и 1 на 0, чтобы правильно восстановить переданный сигнал.

Для непрерывного канала максимальная скорость передачи информации достигается для гауссовского канала с постоянными параметрами при условии, что сигнал имеет нормальное (гауссовское) распределение вероятности мгновенных значений при ограниченной средней мощности. Расчетная формула пропускной способности гауссовского канала получена в 1948 г. К.Шенноном (формула Шеннона):

C=Flog₂(1+P_s/P_n)

где F - ширина полосы пропускания канала; Ps, Р_п - средние мощности сигнала и помехи в полосе частот, считая, что на вход подается модулированный сигнал.

Пропускная способность пропорциональна ширине полосы частот и отношению сигнал/помеха и увеличивается с их ростом, т.е. есть возможность обмена ширины полосы пропускания на мощность сигнала при сохранении пропускной способности. Но, увеличивая ширину полосы пропускания канала, нельзя бесконечно увеличивать пропускную способность, так как увеличивается мощность помех, т.е. максимальное значение пропускной способности непрерывного канала пропорционально отношению средней мощности сигнала к спектральной плотности помехи.

Пропускная способность канала характеризует потенциальные возможности передачи информации. Основная теорема кодирования К.Шеннона (для дискретного канала):

Если производительность источника меньше пропускной способности канала, т.е. Н (А) < С, то существует способ кодирования (преобразования сообщения в сигнал на входе) и декодирования (преобразования сигнала в сообщение на выходе канала), при котором вероятность ошибочного декодирования может быть сколь утодно мала. Если же Н (А) > С, то таких способов не существует.

Согласно теореме К. Шеннона ошибки снижают пропускную способность канала, но не являются препятствием для безошибочной передачи информации, т.е. выбором способа кодирования и декодирования можно все ошибки исправить. Но пока еще не найдены коды, исправляющие все ошибки.

Пропускная способность - одна из основных характеристик любого канала. Цифровые системы передачи обеспечивают создание цифровых каналов с вероятностью ошибки 10 ⁴....10"⁶.

Зная пропускную способность канала и информационные характеристики сообщений (первичных сигналов), можно определить какие сообщения можно передавать по заданному каналу. Например, для передачи телевизионного сигнала требуется создание специальных каналов с более высокой пропускной способностью (что сделано в кабельных, радиорелейных и спутниковых системах) или снижение скорости цифрового потока тем или иным способом.

Эффективность системы связи - это степень использования пропускной способности, ширины полосы пропускания, мощности сигнала. Для оценки эффективности введены коэффициенты.

Коэффициент использования пропускной способности канала (информационная эффективность):

ц=Ж

В реальных каналах этот коэффициент всегда меньше 1.

В системах с ограниченной полосой важен коэффициент использования ширины полосы частот канала (частотная эффективность):

y=R/F

В спутниковых системах важен коэффициент использования мощности сигнала при спектральной плотности мощности помех (энергетическая эффективность):

p = R/P_s/P_n

Тестовые задания для самоконтроля

1)...... - система, состоящая из объектов, осуществляющих функции генерации,

преобразования, хранения и потребления продукта, называемых пунктами (узлами) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами.