Tehnologii de transfer de informații. Transfer de date. Dispozitive, sisteme, programe. Tehnologia informației Tehnologiile de transmitere a datelor și informațiilor

Trimite-ți munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Folosiți formularul de mai jos

Elevii, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

Documente similare

Caracteristicile sistemelor de transmisie a informațiilor de comunicații laser. Istoria creării și dezvoltării tehnologiei laser. Structura unei rețele locale folosind linii de comunicații optice atmosferice. Luarea în considerare a simulării sistemului.

teză, adăugată 28/10/2014


Tehnologii digitale moderne de transfer de informații. Sistem RFTS în rețeaua de comunicații corporative. Metodologie pentru proiectarea liniei principale de comunicații cu fibră optică, calculul autostrăzii Ufa-Samara. Diferențe în parametrii fizici ai cablurilor optice monomod și multimod.

teză, adăugată 16.04.2015


Tehnologii pentru construirea rețelelor de transmisie de date. Fundamentarea software-ului și hardware-ului sistemului de transmitere a informațiilor. Examinarea ergonomică a software-ului Inspectorului de trafic. Dezvoltarea unui sistem de cablu pentru liniile de comunicații cu fibră optică.

teză, adăugată 24.02.2013


Metode de codificare a unui mesaj pentru a reduce dimensiunea alfabetului de caractere și pentru a obține o creștere a vitezei de transfer de informații. Schema bloc a unui sistem de comunicații pentru transmiterea mesajelor discrete. Calculul filtrului potrivit pentru primirea mesajului elementar.

termen de hârtie, adăugat 05/03/2015


Studierea tiparelor și metodelor de transmitere a mesajelor pe canale de comunicare și rezolvarea problemei de analiză și sinteză a sistemelor de comunicații. Proiectarea unei căi de transmisie a datelor între o sursă și un receptor de informații. Model de descriere parțială a unui canal discret.

hârtie la termen, adăugată la 05.01.2016


Comunicarea ca oportunitate de a transmite informații la distanță. Conceptul și tipurile de dispozitive de semnalizare, caracteristicile lor funcționale, evaluarea rolului și semnificației în expediții. Comunicare și semnalizare în condițiile arctice, tehnologii și metode existente, tehnici.

rezumat, adăugat 31.05.2013


Ce este TCP? Principiul construirii rețelelor de canalizare. Urmărirea serviciilor de rețea de comunicații. Tehnologia Bluetooth ca metodă de transmitere fără fir a informațiilor. Unele aspecte ale aplicării practice a tehnologiei Bluetooth. Analiza tehnologiilor fără fir.

hârtie de termen, adăugată la 24.12.2006

Există următoarele tehnologii de transfer de informații în rețelele de calculatoare: Fast Ethernet, IEEE 1394 / USB, Fibre Channel, FDDI, X.25, Frame Relay, ATM, ISDN, ADSL, SONET. Primele patru tehnologii de transmitere a datelor: Fast Ethernet, IEEE 1394 / USB, Fibre Channel și FDDI sunt denumite tehnologii de rețea locală. Restul au fost create pentru canalele globale de comunicare. Să luăm în considerare câteva dintre tehnologiile comune de transmisie a datelor - Fast Ethernet, Fibre Channel, FDDI, ISDN.

Fast Ethernet sau „ 100Base-T"Este o tehnologie de transmisie de date de mare viteză în rețelele locale. Regulile de transfer de date folosind această tehnologie sunt definite de standardul IEEE 802.3u. Acest standard descrie regulile pentru funcționarea protocoalelor celui de-al doilea strat al modelului OSI (stratul de legătură de date) și oferă posibilitatea de a transfera date la o rată de 100 Mbps.

Tehnologia 100Base-T utilizează CSMA / CD ca protocol de control al accesului media. 100Base-T se bazează pe scalabilitatea metodei CSMA / CD. Scalarea implică capacitatea de a crește sau micșora continuu dimensiunea rețelei fără a reduce semnificativ performanța, fiabilitatea și capacitatea de gestionare a acesteia. 100Base-T utilizează cablu UTP5 (pereche torsadată neecranată de categoria 5).

Tehnologia 100Base-T are următoarele caracteristici.

• 1. Datorită utilizării aceluiași protocol de control al accesului media - rețelele CSMA / CD, utilizând tehnologia Ethernet 10Base-T, sunt ușor transferate către o tehnologie 100Base-T de viteză mai mare. Prin urmare, mulți producători produc plăci de rețea care acceptă ambele tehnologii de transmisie a datelor: 10Base-T Ethernet și 100Base-T. Astfel de plăci de rețea au capacități încorporate pentru a detecta automat rata de transfer a datelor în rețea și pentru a se adapta automat la modul de operare adecvat. Deoarece 10Base-T Ethernet și 100Base-T pot coexista cu ușurință pe aceeași rețea, administratorii au un grad foarte mare de flexibilitate în migrarea stațiilor de la 10Base-TEthernet la 100Base-T.
• 2. Cablul UTP5 și plăcile de rețea 100Base-T sunt produse în prezent de un număr mare de producători.

Dezavantajele utilizării tehnologiei 100Base-T sunt restricții semnificativ mai mari asupra lungimii segmentelor de cablu decât în \u200b\u200btehnologia Ethernet 10Base-T. Comparativ cu 10Base-T Ethernet, care permite rețelele cu un diametru maxim de 500 m, 100Base-T limitează acest diametru la 205 m. Rețelele existente care depășesc această limită vor necesita routere suplimentare.

Promisiunea tehnologiei 10Base-T este că noua tehnologie Gigabit Ethernet (cunoscută și sub numele de 1000Base-T sau IEEE 802.3z) este dezvoltată pentru a găzdui sistemele de cablare UTP5 existente. Cu această tehnologie, viteza de transmitere a datelor în rețea crește la 1000 Mbps, care este de zece ori mai rapidă decât transmisia datelor folosind tehnologia 100Base-T.

Una dintre tehnologiile relativ noi pentru transmiterea datelor este Fibre Channel.

Tehnologie Fibre Channel se bazează pe utilizarea fibrelor optice ca mediu de transmisie a datelor. Cea mai obișnuită aplicație a acestei tehnologii astăzi este în rețelele de stocare de mare viteză (SAN). Astfel de dispozitive sunt utilizate pentru a construi sisteme de cluster de înaltă performanță. Tehnologia Fibre Channel a fost creată inițial ca o interfață care permite schimbul de date de mare viteză între hard disk-uri și procesorul unui computer. Mai târziu, standardul a fost completat și definește acum mecanismele de interacțiune nu numai între sistemele de stocare a datelor, ci și modalitățile de interacțiune a mai multor noduri ale unui sistem de cluster între ele și facilități de stocare a datelor.

Tehnologia Fibre Channel are mai multe avantaje față de alte medii, dintre care cel mai important este viteza. Tehnologia Fibre Channel oferă rate de transfer de date de 100 Mbps. Al doilea avantaj important este capacitatea de a transmite semnalul pe distanțe foarte mari. Schimbul de date utilizând un semnal luminos în loc de unul electric face posibilă transmiterea informațiilor pe distanțe de până la 10-20 km fără a utiliza repetori (atunci când se utilizează un cablu cu o singură undă). Al treilea avantaj al tehnologiei Fibre Channel este imunitatea completă la interferențele electromagnetice. Această calitate face posibilă utilizarea activă a mediului de transmisie optică chiar și în spații industriale cu o cantitate mare de interferențe electromagnetice. Al patrulea avantaj este absența completă a emisiilor de semnal în mediu, ceea ce face posibilă utilizarea Fibre Channel în rețele cu cerințe de securitate sporite pentru datele procesate și stocate.

Principalul dezavantaj al tehnologiei Fibre Channel este costul său: un cablu optic cu toți conectorii și metodele de instalare care însoțesc utilizarea sa este semnificativ mai scump decât cablurile de cupru.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface) este utilizat pentru a organiza rețele locale de mare viteză.

Tehnologie FDDIeste destinat nu pentru conectarea directă a computerelor, ci pentru construirea de canale de comunicație backbone de mare viteză (backbone), unind mai multe segmente ale rețelei locale. Cel mai simplu exemplu de astfel de backbone sunt două servere conectate printr-un canal de comunicație de mare viteză bazat pe două plăci de rețea și un cablu. La fel ca tehnologia 100Base-T, FDDI oferă o rată de transfer de date de 100 Mbps.

Rețeaua FDDI utilizează o topologie dublă a inelului fizic. Semnalele transmise se deplasează de-a lungul inelelor în direcții opuse. Unul din inele se numește primar, iar celălalt se numește secundar. Odată cu funcționarea corectă a rețelei, inelul principal este utilizat pentru transmiterea datelor, iar cel secundar acționează ca o rezervă.

Într-o rețea FDDI, fiecare dispozitiv de rețea (nod de rețea) acționează ca un repetor. FDDI acceptă patru tipuri de noduri: stații cu atașare duală (DAS), stații cu atașare simplă (SAS), concentrator cu atașare duală (DAC) și concentrator cu atașare simplă ( SAC-concentrator cu atașare simplă). DAS și DAC se conectează întotdeauna la ambele inele, în timp ce SAS și SAC se conectează numai la inelul principal.

Dacă are loc o întrerupere a cablului sau o altă defecțiune în orice punct al rețelei, ceea ce face imposibilă transferul de date între nodurile de rețea vecine, atunci dispozitivele DAS și DAC restabilesc operabilitatea rețelei, redirecționând semnalul ocolind segmentul inoperant utilizând un inel secundar.

FDDI folosește un jeton de acces ca protocol de control al accesului media și un cablu optic ca mediu de transmisie.

Tehnologia FDDI are următoarele avantaje.

Topologia dublă a inelului fizic asigură transmiterea fiabilă a datelor prin menținerea rețelei operaționale în cazul unei rupturi de cablu. Standardul FDDI conține funcții de gestionare a rețelei. În plus față de avantajele enumerate, există o specificație (CDDI - Copper Distributed Data Interface) pentru construirea unei rețele utilizând tehnologia FDDI utilizând perechea torsadată de cupru. Această specificație reduce costul implementării rețelei utilizând cupru mai puțin costisitor în loc de fibră.

Principalul dezavantaj al FDDI este costul construirii rețelei. Plăcile de rețea și cablurile optice pentru FDDI sunt semnificativ mai scumpe decât alte tehnologii care oferă aceeași rată de transfer de date. Specificul instalării unui cablu optic necesită instruire suplimentară a specialiștilor care lucrează cu cablul. În timp ce NIC-urile CDDI sunt mai ieftine decât NIC-urile FDDI, ele sunt totuși mai scumpe decât NIC-urile 100Base-T.

Tehnologie de schimb de date digitale folosind linii telefonice Rețea digitală de servicii integrate (ISDN) oferă posibilitatea de a schimba date sub formă de transmisie digitală a semnalului pe linii telefonice digitale. Aceste date pot fi o combinație de date video, audio și alte date. ISDN are mai multe soluții tehnologice care oferă clientului performanța necesară a canalului de comunicare. Pentru persoane fizice și birouri mici, sunt furnizate în principal linii cu o interfață de tarifare de bază (BRI). Pentru companiile mari, sunt furnizate linii de tarifare primară - PRI. BRI utilizează doi purtători de 64 Kbps (B) pentru a primi și transmite date și un canal de control (delta-D) pentru a stabili și menține o conexiune. PRI este o colecție de mai multe linii digitale utilizate în paralel pentru a primi și transmite date. Astfel de seturi de linii au primit simbolurile T1 și E1. În SUA, standardul este utilizarea liniilor Tl. T1 constă din 23 de canale B și un canal D pentru un debit total de 1.544 Mbps.

Liniile E1 sunt utilizate în Europa. E1 este format din 30 de canale B și un canal D cu o lățime de bandă totală de 2.048 Mbps.

ISDN necesită echipamente speciale, inclusiv linii telefonice digitale și unități de terminare a rețelei (NT-1). NT-1 convertește semnalul de intrare în digital, îl distribuie uniform pe canalele de transmisie și efectuează o analiză de diagnostic a stării întregii linii de date. NT-1 este, de asemenea, un punct de conectare la rețeaua digitală a diferitelor echipamente: telefoane, computere etc. De asemenea, NT-1 poate acționa ca un convertor pentru conectarea echipamentelor care nu acceptă în mod independent ISDN.

Avantajele ISDN sunt următoarele.

• 1. Viteza schimbului de date a fost mărită cu capacități suplimentare pentru integrarea datelor, vocii și a videoclipurilor într-un singur flux.
• 2. Folosind ISDN, aveți capacitatea de a transmite simultan date și trafic vocal pe o singură linie telefonică.

Dezavantajul ISDN este expansiunea sa lentă datorită necesității de a transforma infrastructura de rețea telefonică existentă, ceea ce implică inevitabil costuri semnificative.

1. Subiectul disciplinei, sarcina și scopul predării disciplinei
Disciplina „Tehnologii de transfer de informații” este una dintre disciplinele normative, care este inclusă în ciclul de formare (fundamentală) în științe ale naturii a specialiștilor în direcția „Informatică”.

Disciplina prevede luarea în considerare a tehnologiilor de bază ale transferului de informații în rețelele de calculatoare la nivel fizic, de canal și de rețea.

Materialul prelegerii discută despre tehnologiile de telecomunicații, principalele elemente ale teoriei informației, caracteristicile și clasificarea rețelelor informaționale, un model de referință (OSI), liniile de comunicații și canalele de transmisie a datelor, tehnologiile de transmitere a datelor la nivelul fizic, tehnologiile de transmitere a datelor la nivelul legăturii de date în rețelele locale și globale, tehnologii de transfer de informații la nivel de rețea în rețele IP.

Scopul disciplinei:

• familiarizarea cu elementele de bază ale teoriei informației și tehnologiilor de telecomunicații;
• formarea de cunoștințe teoretice în domeniul tehnologiilor de transfer de informații în rețele de calculatoare;
• să învețe să facă o alegere rezonabilă a tehnologiilor necesare și a mijloacelor de transmitere a informațiilor în dezvoltarea rețelelor de calculatoare și a aplicațiilor web;
• să dobândească abilități practice în lucrul cu mijloacele de transmitere a informațiilor în rețelele de calculatoare la nivel fizic, de canal și de rețea.

Sarcina de a studia cursul „Tehnologii de transmitere a informațiilor” este formarea teoretică și practică a viitorilor specialiști pe probleme precum:

• tehnologii de transfer de informații în rețele de calculatoare;
• protocoale de transfer de informații în rețele LAN, linii de comunicații dedicate (seriale) și rețele globale cu comutare de circuite și pachete;
• mijloace de transmitere a informațiilor în rețelele de informații;
• arhitectura rețelelor informaționale.

2. Ce ar trebui să știe, să fie capabil și cu ce să se familiarizeze ca urmare a studierii disciplinei Ca urmare a studierii disciplinei, studentul trebuie
STIU:

• elemente de bază ale teoriei informației;
• tehnologii moderne de bază pentru transferul de informații la nivel fizic, de canal și de rețea;
• tipurile și caracteristicile liniilor de comunicații și ale canalelor de transmisie a informațiilor;
• metode de conversie a semnalelor și metode de multiplexare a canalelor de comunicație;
• metode moderne de transfer de informații în rețelele compozite.

• fundamentează alegerea tehnologiilor de transfer de informații pentru rezolvarea problemelor practice în procesul de proiectare a rețelelor de calculatoare;
• să proiecteze structura cablurilor unei rețele de calculatoare;
• pentru a selecta echipamentul sistemului de cablu pentru construirea infrastructurii LAN.

FI CONȘTIENT:

• cu principalele tendințe în dezvoltarea tehnologiilor de transfer de informații;
• cu perspectivele dezvoltării tehnologiilor de telecomunicații;
• cu mijloace moderne de schimb și prelucrare a informațiilor în rețelele locale și teritoriale;

Curriculumul cursului cu un volum de 150 de ore academice constă din două module informative (educaționale) cu un volum de 5 credite (volumul unui credit ECTS este de 30 de ore academice) și constă din studii la clasă și muncă independentă a studenților.

Surse de informații utilizate:

1. Retele de calculatoare. Principii, tehnologii, protocoale: Manual pentru universități. A 4-a ed. / V.G. Olifer, N.A. Olifer - Sankt Petersburg. Peter, 2010 .-- 944 p.
2. Broido V.L. Sisteme de calcul, rețele și telecomunicații: Manual pentru universități. A 2-a ed. - SPb.: Peter, 2006 - 703 p.
3. Tkachenko V.A. că în. Comp "Uterine Merezhi and Telecommunications: Navch. Booker" / V. A. Tkachenko, O. V. Kasilov, V. A. Ryabik. - Kharkiv: NTU "KhPI", 2011. - 224 p.
4. A. L. Dmitriev. Sisteme optice de transmitere a informațiilor / Manual. - SPb: SPbGUITMO, 2007 .-- 96 p.

1. Introducere

Conceptul de telecomunicații

Elemente ale teoriei informației

1.3.1 Definiții de informații.

1.3.2 Cantitatea de informații

1.3.3 Entropie

1.4. Mesaje și semnale

Subiectul 2 ... Rețele de informații

2.2. Configurare LAN.

Subiectul 3.

3.2. Model de referință (OSI)

Subiectul 4.

4.1. Linii de comunicații prin cablu

4.2. Linii optice de comunicare

Subiectul 5.

Subiectul 6 ..

Subiectul 7.

7.2. Adresare IP

7.3. Protocol IP

Lectura 1

Telecomunicații. Conceptul informațional. Sisteme de transmitere a informațiilor. Măsurarea cantității de informații

Conceptul de telecomunicații

Înainte de a lua în considerare tehnologiile de transfer de informații, să luăm în considerare rețelele (sistemele) în care sunt transmise diferite tipuri de informații. Informații (sunet, imagine, date, text) transmise în rețelele de telecomunicații și calculatoare.

Telecomunicații (Tele greacă - distanță, departe și comunicare latină - comunicare) este transmiterea și recepția oricărei informații (sunet, imagine, date, text) la distanță prin diferite sisteme electromagnetice (canale prin cablu și fibre optice, canale radio și altele, prin cablu și fără fir canale de comunicatie).

Sistem de telecomunicații - agregat obiecte tehnice, măsuri organizaționale și subiecteimplementarea proceselor de conectare, transfer, acces la informații.

Sisteme de telecomunicații împreună cu suport de transfer de date formă rețele de telecomunicații.

Rețele de telecomunicații este recomandabil să împărțiți după tipul de comunicații (rețele telefonice, rețele de transmisie de date etc.) și să luați în considerare, dacă este necesar, în diverse aspecte (tehnice și economice, tehnologice, tehnice etc.).

Exemple de rețele de telecomunicații:

- serviciu poștal;

- telefonie publică (PSTN);

- rețele de telefonie mobilă;

- comunicare telegrafică;

- Internet - o rețea globală de interacțiune a rețelelor de calculatoare;

- rețea de radiodifuziune;

- rețea radio prin cablu;

- rețea de difuzare a televiziunii și radio;

și alte rețele de informații.

Pentru a implementa comunicarea la distanță, sistemele de telecomunicații utilizează:

- sisteme de comutare;

- sisteme de transmitere a datelor;

- sisteme de acces și control al canalelor de transmisie;

- sisteme de transformare a informațiilor.

Sistem de transmitere a datelor este o colecție canale de comunicatie, centre comutare, procesoare de teleprocesare, multiplexoare transmiterea datelor și software pentru stabilirea și implementarea comunicațiilor.

Sub sistem de transmitere a datelor (SPD) este înțeles ca mediu fizic (FS), și anume: mediul prin care se propagă semnalul (de exemplu, cablu, fibră optică (ghidaj luminos), difuzare radio etc.).

Acest curs de prelegeri este dedicat studiului tehnologiei de transfer de informații la nivel fizic, de canal și de rețea.

Cel mai important aspect al cursului este conceptul de informație. În prezent, nu există o definiție unică a informației ca termen științific.

Iată câteva definiții ale informațiilor:

1. Informații (din lat. informatio - „clarificare, prezentare, conștientizare”) - aceasta informatie (mesaje, date), indiferent de forma prezentării lor.

2. Informații - informații despre persoane, obiecte, fapte, evenimente, fenomene și procese, indiferent de forma de prezentare a acestora.

Informația reduce incertitudinea, incompletitudinea cunoașterii despre persoane, obiecte, evenimente etc.

În teoria informației, măsura incertitudinii orice experiență (proces) care poate avea rezultate diferite, ceea ce înseamnă că cantitatea de informații se numește entropie.

În sensul larg în care cuvântul este adesea folosit în viața de zi cu zi, entropie înseamnă o măsură a tulburării sistemului; mai putinelemente de sistem supus oricărei comenzi, cu cât este mai mare entropia.

Cu cât mai multe informații, cu cât sistemul este mai ordonat, și invers, cu atât mai puține informații, cu atât mai mare haosul sistemului, cu atât mai mare a ei entropie.

Comunicare: informație - mesaj - semnal

Mesaj- este informație exprimată într-o anumită formă și destinate transmiterii de la sursă la utilizator ( texte, fotografii, vorbire, muzică, imagine de televiziunesi etc.). Informația este partea mesajului care reprezintă noutate, adică ceva ce nu se știa anterior.

Semnaleste un proces fizic care se răspândește în spațiu și timp, ai cărui parametri sunt capabili să afișeze (să conțină) un mesaj.

Pentru a transfera utilizarea informațiilor semnal, care este o cantitate fizică și informațiile sunt cumva legate de parametrii săi.

În acest fel, semnalul este o cantitate fizică care se schimbă într-un anumit mod... Semnalele electrice, optice, electromagnetice și alte tipuri de semnale sunt utilizate în sistemele și rețelele de telecomunicații.

Rețele telefonice

Primul pas dezvoltarea rețelelor telefonice - rețele publice de telefonie (PSTN sau PSTN). PSTN este un set de centrale telefonice automate, care sunt unite prin linii de comunicații analogice sau digitale (trunchiuri) sau linii trunchi și echipamente utilizator (terminal) conectate la centrala telefonică automată prin linii de abonat. PSTN-urile folosesc tehnologia de comutare a circuitelor. Avantajul rețelelor de comutare de circuite este capacitatea de a transfera informații audio și video fără întârzieri. dezavantajul este utilizarea redusă a canalului, costul ridicat al transmiterii datelor, timpul de așteptare crescut pentru ceilalți utilizatori.

A doua fază - rețele telefonice ISDN. Generația modernă a rețelei de telefonie digitală este ISDN. ISDN (rețea digitală de servicii integrate) - Rețea digitală de servicii integrate, în care numai semnale digitale sunt transmise prin canale telefonice, inclusiv linii de abonați.

Compania de telefonie este mai probabil să utilizeze un cablu de cupru al rețelei telefonice publice comutate (PSTN) pentru linia ISDN BRI, reducând astfel costul final al liniei ISDN.

Rețelele digitale cu integrarea serviciilor ISDN pot fi utilizate pentru rezolvarea unei clase largi de sarcini pentru transferul de informații în diverse domenii, în special: telefonie; transfer de date; combinarea rețelelor LAN la distanță; acces la rețele globale de calculatoare (Internet); transmiterea traficului sensibil la întârzieri (video, sunet); integrarea diferitelor tipuri de trafic.

Dispozitivul terminal al rețelei ISDN poate fi: un telefon digital, un computer separat cu un adaptor ISDN instalat, un fișier sau un server specializat, o punte LAN sau un router, un adaptor terminal cu interfețe vocale (pentru conectarea unui telefon analogic sau fax convențional) sau cu interfețe seriale (pentru transmiterea datelor).

În Europa, standardul ISDN de facto devine EuroISDN, care este susținut de majoritatea furnizorilor europeni de telecomunicații și a producătorilor de echipamente.

Conectat în prezent la rețelele PSTN și ISDN centre de comutare celulare(rețelele celulare ale diferiților operatori sunt interconectate), care furnizează apeluri de la telefoane mobile către telefoane fixe (PSTN sau ISDN) și invers.

Pentru a conecta Internetul (rețele IP) cu PSTN special gateway-uri VoIP analogice, și cu ISDN se aplică gateway-uri VoIP digitale... Semnalul vocal de pe canalul VoIP poate merge direct la un telefon analog conectat la o rețea telefonică PSTN obișnuită sau la un telefon digital conectat la o rețea digitală cu servicii ISDN integrate.

Cablul de cupru și PDH / SDH sunt utilizate ca rețele principale în telefonia fixă \u200b\u200bpentru a combina PBX.

celular

Comunicația celulară este un sistem de telecomunicații fără fir format din 1) o rețea de stații de emisie-recepție la sol, 2) stații mobile mici (telefoane radio celulare) și 3) un comutator celular (sau centru de comutare mobil). GSM (Sistem global pentru comunicații mobile)

Celular: 1G, 2G, 2.5G, 3G, 4G, 5G.GSM (Sistem global pentru comunicații mobile)

Rețele de televiziune

Rețelele de televiziune (terestre, prin cablu și prin satelit) sunt concepute pentru a transmite videoclipuri. Televiziunea prin cablu folosește canale de comunicare fără comutare. La început, videoclipul era în formă analogică, apoi televiziunea prin cablu și satelit a fost convertită în semnale digitale. În prezent, difuzarea analogică a televiziunii va înceta să existe și toate formele de difuzare a televiziunii vor transmite semnale în formă digitală.

Transmisia TV digitală se bazează pe standarde deschise și se dezvoltă sub controlul consorțiului DVB.

Cele mai utilizate sisteme sunt:

· Difuzare digitală prin satelit - DVB-S (DVB-S2);

· Difuzare digitală prin cablu - DVB-C;

· Difuzare digitală - DVB-T (DVB-T2);

Difuzare digitală pentru dispozitive mobile - DVB-H;

TV prin IP - DVB (IPTV);

Televiziune prin Internet sau difuzare prin streaming (Internet-TV).

Cu privire la DVB-H, DVB-IPTV și Internet-TV, atunci acesta este rezultatul integrării (convergenței) diferitelor rețele, precum și a dispozitivelor terminale.

Televizorul mobil DVB-H este o tehnologie de difuzare mobilă care permite transmiterea semnalelor video digitale pe internet către dispozitive mobile precum un PDA, un telefon mobil sau un televizor portabil.

Este important să rețineți că IPTV (IP prin DVB sau IP prin MPEG) nu este un televizor care transmite pe internet. IPTV seamănă cu televiziunea prin cablu obișnuită, doar că nu ajunge la terminalul abonatului prin cablu coaxial, ci prin același canal ca și Internetul (modem ADSL sau Ethernet).

IPTV este o transmisie de canale (primite de obicei de la sateliți), în principal în formatele MPEG2 / MPEG4 prin rețeaua de transport a furnizorului, urmată de vizionarea pe un computer folosind unul dintre playerele video - VLC-player sau IPTV-Player sau pe un televizor folosind un set special de dispozitive specializate Top Box.

Streaming video ( Internet-TV). Modelul de difuzare în Internet-TV diferă semnificativ de alte concepte. Streaming Video se referă la tehnologiile de comprimare și tamponare a datelor care permit transmiterea videoclipului în timp real pe Internet.

Retele de calculatoare

Rețele primare

În prezent, Internetul folosește aproape toate liniile de comunicații cunoscute, de la liniile telefonice cu viteză redusă la canalele digitale prin satelit de mare viteză.

Canalele de comunicare ale rețelelor globale sunt organizate de rețelele primare de tehnologii FDM, PDH / SDH, DWDM (DUBLU DEM).

Întrucât traficul IP de astăzi este un atribut indispensabil oricărei rețele de transmisie a datelor și este pur și simplu imposibil să nu-l susținem, atunci să oferim servicii de înaltă calitate majoritatea rețelelor globale mari, în special a rețelelor operatorilor de telecomunicații, sunt construite pe o schemă pe patru niveluri.

Figura: 10. Structura pe patru niveluri a rețelei globale moderne

Cele două straturi inferioare nu aparțin rețelelor reale de pachete - acestea sunt straturile rețelei primare.

Rețelele primare sau backbone sunt concepute pentru a crea o infrastructură comutată... Pe baza canalelor formate de rețelele primare, secundarul ( computer sau telefon) rețea.

Multiplexarea prin diviziune în lungime de undă densă (DWDM), cea mai rapidă tehnologie disponibilă astăzi, este utilizată la nivelul inferior pentru a genera viteze spectrale 10 Gbps și mai mare. Multiplexarea diviziunii lungimii de undă ( WDM) - tehnologie de multiplexare a diviziunii lungimii de undă opticănumit de obicei multiplexarea prin divizarea lungimii de undă... Aproape orice echipament poate fi conectat la un multiplexor WDM (DWDM, CWDM): SONET / SDH, ATM, Ethernet.

Tehnologia SDH funcționează la nivelul următor ( ierarhie digitală sincronă). Standardele SDH / PDH sunt dezvoltate pentru rețelele de comunicații optice de mare viteză - primul PDH (Ierarhia digitală plesiohronică, ierarhie digitală plesiocronă), apoi mai avansat SDH (Synchronous Digital Hierarchy, ierarhie digitală sincronă), comun în Europa și omologul său american SONET. SONET / SDH presupune utilizarea metoda multiplexării prin divizarea timpului și calendarul sloturilor de trafic între elementele de rețea și determină nivelurile de viteze de date și parametrii fizici.

Al treilea nivel este format din rețeaua ATM, al cărei scop principal este de a crea o infrastructură de circuite virtuale permanente care conectează interfețele routerelor IP care operează la al treilea nivel superior al rețelei globale.

Stratul IP formează o rețea compusă și oferă servicii utilizatorilor finali care tranzitează traficul IP prin WAN sau interacționează prin IP cu Internetul.

Internetul folosește, de asemenea, rețele IP „pure”, așa-numite, deoarece nu există altă rețea cu comutare de pachete, cum ar fi ATM, sub stratul IP.

Structura unei rețele IP „pure” este prezentată în Fig. de mai jos.

Figura: 11. Structura unei rețele IP „pure”

Într-o astfel de rețea, legăturile digitale sunt încă formate de infrastructura celor două straturi inferioare, iar aceste legături sunt utilizate direct de interfețele routerelor IP, fără niciun strat intermediar.

Dezvoltarea rețelelor de comunicații a arătat necesitatea integrării sunetului, imaginilor și a altor tipuri de date pentru a le putea transfera împreună. Deoarece canalele de comunicații discrete sunt mai fiabile și mai economice decât canalele de comunicații analogice, acestea au fost luate ca bază. În această privință, numărul rețelelor analogice scade rapid și sunt înlocuite cu altele discrete.

Softswitch

Softswitch (soft switch) - softswitch flexibil, unul dintre elementele principale ale stratului de control al rețelei de comunicații NGN de \u200b\u200bgenerația următoare

Figura: 15. Softswitch ca parte a rețelei de comunicare publică

Softswitch este un dispozitiv de gestionare a rețelei NGN conceput pentru a separa funcțiile de control al conexiunii de funcțiile de comutare, capabil să deservească un număr mare de abonați și să interacționeze cu serverele de aplicații, acceptând standarde deschise. SoftSwitch este purtătorul inteligenței de rețea IP, coordonând controlul serviciului de apel, semnalizare și conectivitate pe una sau mai multe rețele.

De asemenea, o funcție importantă a comutatorului soft este conectarea rețelelor NGN de \u200b\u200bgenerația următoare cu rețelele PSTN tradiționale existente, prin semnalizare (SG) și gateway-uri media (MG).

Tehnologii de transfer de informații

Tema 1. Concepte de bază de informații și sisteme de transmitere a informațiilor

1. Introducere

Conceptul de telecomunicații

Elemente ale teoriei informației

1.3.1 Definiții de informații.

1.3.2 Cantitatea de informații

1.3.3 Entropie

1.4. Mesaje și semnale

1.5. Principalele direcții de dezvoltare a tehnologiilor de telecomunicații

Subiectul 2 ... Rețele de informații

2.1. Caracteristici și clasificare a rețelelor de informații

2.2. Configurare LAN.

2.3. Topologii de rețea de bază

2.4. Tehnologii de rețea a rețelei locale

2.5. Metode de construire a rețelelor de informații

Subiectul 3. Arhitecturi de rețea informațională

3.1. Arhitectura pe mai multe niveluri a rețelelor de informații

3.2. Model de referință (OSI)

Subiectul 4. Linii de comunicare și canale de transmisie de date

4.1. Linii de comunicații prin cablu

4.2. Linii optice de comunicare

4.3. Canale de comunicare wireless

4.4. Canale de transmitere a datelor prin satelit

Subiectul 5. Tehnologii de transmitere a datelor fizice

5.1 Funcțiile de bază ale stratului fizic

5.2. Metode de conversie a semnalelor discrete (modulare și codificare):

5.2.1. Modulație analogică a semnalelor discrete (AM, FM, FM)

5.2.2. Codificare digitală a semnalelor discrete (puls și potențial)

5.3. Modularea prin impuls a codului semnalelor analogice

5.4. Metode de multiplexare:

5.4.1. Metoda de multiplexare în frecvență FDM

5.4.2. Multiplexarea TDM prin diviziune de timp

5.4.3. Prin lungime de undă WDM (în canalele de comunicație cu fibră optică)

Subiectul 6. Tehnologii de transmitere a datelor la nivelul legăturii de date.

6.1. Tehnologii de transmitere a datelor la nivelul legăturii de date în rețelele LAN și leasing (Ethernet, Token Ring, FDDI; SLIP, HDLC, PPP)

6.2. Tehnologii de transmitere a datelor la stratul de legătură de date în rețele largi sau tehnologii de transport ale stratului principal (X.25, Frame Relay, ATM, MPLS, Ethernet; ISDN, PDH, SDH / SONET, WDM / DWDM)

Subiectul 7. Tehnologii pentru transferul de informații la nivel de rețea în rețele concatenate (rețele IP)

7.1. Legarea rețelei pe baza stratului de rețea

7.2. Adresare IP

7.3. Protocol IP

7.4. Rutare în rețelele de transmisie de date.

7.5. Controlul fluxului de date.

Curriculum-ul cursului de 108 ore academice constă dintr-un modul informativ (educațional) de 3 credite (volumul creditului ECTS este de 36 de ore academice) și constă din studii la clasă și muncă independentă a studenților.

Revizuind tehnologiile de transfer de informații, nu se poate să nu menționăm modelul OSI, un model care descrie structura unei arhitecturi de rețea ideale. Fiecare protocol de interfață și transmisie, care va fi discutat în acest proiect de diplomă, are propriul său nivel specific în acest model.

1. Modelul Osi

Pentru ca diferitele componente ale rețelei să comunice, acestea trebuie să funcționeze utilizând același protocol de comunicare, adică trebuie să „vorbească” aceeași limbă. Protocolul definește un set de reguli pentru organizarea schimbului de informații la toate nivelurile de interacțiune dintre obiectele din rețea. Modelul OSI (Open System Interconnect) dezvoltat de Organizația Internațională de Standardizare (ISO) este utilizat ca „regulă” pentru determinarea nivelurilor. Modelul OSI are șapte straturi de interacțiune pentru a lua în considerare procesul de schimb de informații între dispozitivele dintr-o rețea. Fiecare dintre nivelurile rețelei este relativ autonom și este considerat separat. Modelul OSI este utilizat pentru a defini funcționalitatea fiecărui strat. Acest model conține în esență 2 modele diferite:

un model orizontal bazat pe protocol care oferă un mecanism pentru interacțiunea programelor și proceselor pe diferite mașini;

un model vertical bazat pe servicii furnizate de straturile adiacente între ele pe aceeași mașină.

Figura 1.1.1 Model OSI

Stratul fizic este stratul inferior al modelului, care definește metoda de transfer a datelor reprezentate în formă binară de la un dispozitiv (computer) la altul. Transmiterea semnalelor electrice sau optice către un cablu sau radio prin aer se efectuează în conformitate cu metodele de codare a semnalelor digitale. Specificațiile stratului fizic definesc nivelurile de tensiune, calendarul modificărilor de tensiune, ratele de transmisie a informațiilor fizice, distanțele maxime de transmisie, cerințele pentru mediile de transmisie, conectorii fizici și alte caracteristici similare.

Funcțiile stratului fizic sunt implementate pe toate dispozitivele conectate la rețea. Pe partea computerului, funcțiile stratului fizic sunt realizate de un adaptor de rețea, care oferă o interfață mecanică pentru conectarea computerului la un mediu de transmisie sau la un port serial. Stratul fizic definește astfel de tipuri de medii de transmisie a datelor precum fibra optică, pereche răsucită, cablu coaxial, canal de transmisie de date prin satelit etc.

Tipurile standard de interfețe de rețea legate de stratul fizic sunt: \u200b\u200bUSB, RS-232, RS-485, RJ-45, interfețe fizice Ethernet (10BASE-T, 100BASE-T și 1000BASE-TX). Protocoale de bază ale stratului fizic: IEEE 802.15 (bluetooth), EIA RS-232, RS-485, DSL (linie digitală de abonat), ISDN (rețea digitală de servicii integrate), 802.11 Wi-Fi, GSM, RFID, 802.15.4.

Legătura de date oferă tranzit de date fiabil peste legătura fizică. Datele primite de la stratul fizic, prezentate în biți, se împachetează în cadre, le verifică pentru integritate și, dacă este necesar, corectează erorile (generează o cerere repetată pentru un cadru deteriorat) și le trimite la stratul de rețea. În realizarea acestei sarcini, stratul de legătură de date abordează problemele legate de adresarea fizică, topologia rețelei, notificarea erorilor, livrarea ordonată a blocurilor de date și controlul fluxului de informații. De obicei, acest strat este împărțit în două substraturi: LLC (Logical Link Control) în jumătatea superioară, care efectuează verificarea erorilor și întreținerea stratului de rețea și MAC (Media Access Control) în jumătatea inferioară, care este responsabil pentru adresarea fizică și primirea / transmiterea pachetelor la nivelul fizic. ... Comutatoarele, podurile și alte dispozitive funcționează la acest nivel, acestea sunt numite dispozitive de nivel secundar.

Protocoale de straturi de legătură: rețea de controler (CAN), IEEE 802.3 Ethernet, interfață de date distribuită prin fibră (FDDI), Frame Relay, IEEE 802.11 LAN fără fir, 802.15.4, protocol de la punct la punct (PPP), Token ring, x. 25, bancomat.

În programare, acest strat reprezintă driverul plăcii de rețea, în sistemele de operare există o interfață software pentru interacțiunea canalului și a straturilor de rețea între ele. Acesta nu este un nivel nou, ci pur și simplu un model de implementare specific sistemului de operare. Exemple de astfel de interfețe: ODI, NDIS, UDI.

Stratul de sesiune oferă conectivitate și selecție de rute între două sisteme finale conectate la diferite „subrețele” care pot fi amplasate în locații geografice diferite. Stratul de rețea este responsabil pentru traducerea adreselor și numelor logice în altele fizice, determinarea celor mai scurte rute, comutare și rutare, urmărirea problemelor și „congestionarea” din rețea. Protocoalele de nivel de rețea rutează datele de la sursă la destinație. Dispozitivele (routerele) care funcționează la acest nivel sunt denumite în mod convențional dispozitive de nivel trei (după numărul de nivel din modelul OSI).

Protocoale de nivel de rețea: IP / IPv4 / IPv6 (Internet Protocol), IPX (Internetwork Packet Exchange), X.25 (acest protocol este parțial implementat la nivelul 2), IPsec (Internet Protocol Security). Protocoale de rutare - RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First).

Stratul de transport - cel mai înalt dintre straturile responsabile pentru transportul datelor, conceput pentru a asigura transmiterea fiabilă a datelor de la expeditor la destinatar. În acest caz, nivelul de fiabilitate poate varia foarte mult. Există multe clase de protocoale ale stratului de transport, variind de la protocoale care furnizează doar funcții de transport de bază (de exemplu, funcții de transfer de date fără confirmare de primire) și se termină cu protocoale care garantează livrarea mai multor pachete de date în secvența corectă la destinație, multiplexarea fluxurilor de date multiple, furnizarea un mecanism de control al fluxului de date și care garantează validitatea datelor primite.

De exemplu, UDP se limitează la monitorizarea integrității datelor într-o singură datagramă și nu exclude posibilitatea de a pierde un pachet întreg sau de a duplica pachete sau de a încălca ordinea în care sunt primite pachetele de date. Acesta adaugă două câmpuri la antetul pachetului IP, dintre care unul, câmpul port, oferă multiplexarea informațiilor între diferite aplicații, iar celălalt câmp, suma de control, ajută la menținerea integrității datelor.

Exemple de aplicații de rețea care utilizează UDP sunt NFS și SNMP.

TCP oferă un transfer continuu de date fiabil, excluzând pierderea de date sau din ordinea sosirii sau duplicării acestora, poate realoca date, rupând bucăți mari de date în fragmente și invers, lipind fragmentele într-un singur pachet.

Principalele protocoale ale stratului de transport: SPX (Sequenced Packet Exchange), TCP (Transmission Control Protocol), UDP (User Datagram Protocol).

Stratul sesiunii sincronizează dialogul dintre obiectele stratului de prezentare și gestionează crearea / încheierea sesiunii, schimbul de informații, determinarea dreptului de a transfera date și menținerea sesiunii în perioadele de inactivitate a aplicațiilor. Sesiunile constau într-un dialog între două sau mai multe obiecte de prezentare. Interfețele NetBIOS ale rețelelor și soclurilor Windows - soclurile rețelelor TCP / IP pot servi ca exemplu de instrumente software care asigură funcționarea stratului de sesiune.

Stratul de prezentare este responsabil pentru asigurarea faptului că informațiile trimise din stratul de aplicație al unui sistem sunt lizibile pentru stratul de aplicație al altui sistem. Dacă este necesar, stratul reprezentativ se traduce între o varietate de formate de prezentare a informațiilor folosind un format comun de prezentare a informațiilor. Dacă este necesar, transformarea se efectuează nu numai asupra datelor reale, ci și asupra structurilor de date utilizate de programe. Stratul de prezentare este responsabil pentru permiterea dialogului între aplicații pe diferite mașini. Acest strat asigură conversia datelor (codare, compresie etc.) a stratului de aplicație într-un flux de informații pentru stratul de transport. Protocoalele de prezentare fac de obicei parte din funcțiile primelor trei straturi ale modelului.

Stratul de aplicație - stratul superior al modelului OSI, care oferă interacțiunea aplicațiilor utilizatorului cu rețeaua:

permite aplicațiilor să utilizeze servicii de rețea:

• acces la distanță la fișiere și baze de date,

  redirecționarea e-mailului;

responsabil pentru transferul informațiilor despre servicii;

oferă aplicațiilor informații despre erori;

generează cereri către stratul de prezentare.

Protocoale de aplicație: HTTP, SMTP, SNMP, POP3, FTP, TELNET și altele ,.

Studierea structurii acestui model vă permite să creați o imagine mai clară a locației fiecărei tehnologii de rețea într-un sistem complex de construcție a rețelei.

Sisteme de identificare a obiectelor

Însăși ideea recunoașterii automate a obiectelor nu este nouă. Se cunosc cel puțin cinci tipuri de identificare:

optic: sisteme bazate pe coduri de bare, recunoașterea caracterelor;

magnetic: bandă magnetică, recunoașterea etichetelor aplicate de suportul magnetic;

identificarea frecvenței radio (RFID) și transmiterea datelor: carduri inteligente din plastic cu microcircuit încorporat, etichete radio;

biometric: recunoașterea amprentei digitale, scanarea modelului irisului;

acustic: identificare prin parametrii sonori (voce).

Identificarea optică

Identificarea optică este principiul separării componentelor individuale ale unui sistem între multe altele similare utilizând o sursă punctuală de radiație optică în intervalul de lungimi de undă vizibile.

Identificarea optică este adesea utilizată pe căile ferate. Echipamentele video-analitice asigură controlul automat al căii ferate, teritoriului adiacent (trecere) și a altor facilități de infrastructură utilizând echipamente de supraveghere video.

Echipamentul rezolvă următoarele sarcini:

înregistrarea, transmiterea și prelucrarea analitică a informațiilor video despre situația din instalațiile protejate;

generarea automată a unui semnal de alarmă operațional în caz de situație de urgență (alarmantă);

monitorizarea continuă a performanței tuturor componentelor complexului și detectarea automată a modificărilor neautorizate în setările sale.

Algoritmii pentru procesarea video analitică încorporate în echipament trebuie să furnizeze:

detectarea, urmărirea și clasificarea automată a țintelor la apropierea căii ferate și a altor facilități de infrastructură;

clasificarea obiectivelor după tipuri de comportament, inclusiv: apariția într-o zonă dată;

controlul calității imaginii și generarea automată a unui mesaj de alarmă în caz de degradare semnificativă a calității.

În plus, identificarea optică este utilizată pentru a controla mișcarea obiectelor materialului rulant al transportului feroviar (ZDT) prin detectarea și identificarea automată a mașinilor, tancurilor și platformelor după numărul lor de înmatriculare.

Camera este montată pe un suport, la o înălțime de până la 6 metri și este direcționată de-a lungul căii ferate. Obiectele analizei video sunt persoane și vehicule care se deplasează în câmpul vizual al camerei într-un mod arbitrar. Echipamentul acceptă diferite profiluri ale standardului ONVIF (Open Network Video Interface Forum). ONVIF este un standard industrial care definește protocoale de comunicații pentru dispozitive precum camere IP, DVR-uri și sisteme de management video.

Dezavantajul identificării optice este potențialul de contaminare a camerelor situate în zone dificile, efectul interferenței asupra calității imaginii și, în consecință, identificarea, costul destul de ridicat al unor astfel de sisteme (un set de camere și analizoare de imagine).

RFID

RFID (Radio Frequency IDentification) este o identificare a frecvenței radio, o metodă de identificare automată a obiectelor, în care datele stocate în așa-numitele transpondere sau etichete RFID sunt citite sau scrise folosind semnale radio. Orice sistem RFID include următoarele componente:

dispozitiv de citire (cititor, cititor sau interogator);

transponder (etichetă RFID).

Majoritatea etichetelor RFID vin în două părți. Primul este un circuit integrat (IC) pentru stocarea și procesarea informațiilor, modularea și demodularea unui semnal de frecvență radio (RF) și a altor funcții. A doua este o antenă pentru recepția și transmiterea unui semnal.

Figura 1.2.2.1 Antena RFID

Există mai multe moduri de a organiza etichete și sisteme RFID:

Prin frecvența de funcționare

• Etichete de bandă LF (125-134 kHz). Sistemele pasive din această gamă au prețuri mici și, datorită caracteristicilor lor fizice, sunt folosite pentru etichetele subcutanate atunci când ciobesc animale, oameni și pești. Cu toate acestea, datorită lungimii de undă, există probleme cu citirea pe distanțe mari, precum și probleme cu apariția coliziunilor în timpul lecturii.

  Markeri de bandă HF (13,56 MHz). Avantajele acestor sisteme sunt că sunt ieftine, nu au probleme de mediu și de licențiere, sunt bine standardizate și au o gamă largă de soluții. Sunt utilizate în sisteme de plăți, logistică, identificare personală. Pentru o frecvență de 13,56 MHz, a fost dezvoltat standardul ISO 14443 (tipurile A / B). Cu toate acestea, există probleme cu citirea pe distanțe mari, în condiții de umiditate ridicată, prezența metalului, precum și probleme asociate cu apariția coliziunilor în timpul lecturii.

  Etichete de bandă UHF (UHF, 860-960 MHz). Etichetele din această gamă au cea mai lungă gamă de înregistrare; multe standarde din această gamă au mecanisme anti-coliziune. În sistemele RFID UHF, în comparație cu LF și HF, costul etichetelor este mai mic, în timp ce costul altor echipamente este mai mare. În prezent, gama de frecvențe UHF este deschisă pentru utilizare gratuită în Federația Rusă în așa-numitul interval „european” - 863-868 MHz și în intervalul „american” ____.

Prin sursa de alimentare

• Pasiv

  Activ

  Semi-pasiv

După tipul de memorie

• RO (numai citire) - conține doar identificator. Datele sunt scrise o singură dată la fabricare

  WORM (Write Once Read Many) - conține un identificator și un bloc de memorie write-once

  RW (Read and Write) - conține un identificator și un bloc de memorie pentru scrierea multiplă de informații. Datele din ele pot fi suprascrise de multe ori

Citind intervalul

Aproape de identificare (citire până la 20 cm)

Identificare medie (20 cm - 10 m)

Identificare pe distanțe lungi (5 m până la 300 m)

Prin executare

Etichetele RFID pasive nu au o sursă de alimentare încorporată. Curentul electric indus în antenă de semnalul electromagnetic de la cititor oferă o putere suficientă pentru ca cipul de siliciu situat în etichetă să funcționeze și să transmită semnalul de răspuns. În practică, distanța maximă de citire a etichetelor pasive variază de la 10 cm (conform ISO 14443) la câțiva metri (EPC și ISO 18000-6), în funcție de frecvența selectată și dimensiunea antenei. Etichetele pasive (860-960 MHz) transmit un semnal prin modularea semnalului de frecvență purtător reflectat (modulație backscatter). Antena cititorului emite un semnal de frecvență purtător și primește un semnal modulat reflectat de pe etichetă.

Etichetele RFID active au propria sursă de alimentare și nu depind de energia cititorului, în urma căreia sunt citite la distanță mare (până la 300 de metri), au dimensiuni mai mari și pot fi echipate cu electronice suplimentare. Cu toate acestea, aceste etichete sunt cele mai scumpe, iar bateriile au un timp de funcționare limitat. Etichetele active sunt în majoritatea cazurilor mai fiabile și oferă cea mai mare precizie de citire la distanța maximă. Etichetele active, având propria sursă de alimentare, pot genera, de asemenea, un semnal de ieșire mai mare decât etichetele pasive, permițându-le să fie utilizate în medii mai agresive pentru semnalul RF: apă, aer.

Etichetele RFID semi-pasive, numite și semi-active, sunt foarte asemănătoare cu etichetele pasive, dar sunt echipate cu o baterie care alimentează cipul. În același timp, gama de acțiune a acestor etichete depinde doar de sensibilitatea receptorului cititorului și pot funcționa la o distanță mai mare și cu caracteristici mai bune.

Cititorii de informații sunt dispozitive care citesc informații din etichete și le scriu date. Aceste dispozitive pot fi conectate permanent la sistemul de contabilitate sau pot funcționa autonom. Cititoarele sunt împărțite în staționare și mobile.

Figura 1.2.2.2 Cititor RFID

Standardele internaționale pentru RFID, ca parte integrantă a tehnologiei de identificare automată, sunt elaborate și adoptate de organizația internațională ISO împreună cu IEC.

Împărțirea etichetelor în clase a fost adoptată cu mult înainte de inițiativa EPCglobal de a eficientiza un număr mare de protocoale RFID, dar nu a existat un protocol general acceptat pentru schimbul între cititori și etichete. Acest lucru a dus la incompatibilitate între cititori și etichete de la diferiți producători. În 2004, ISO / IEC a adoptat un singur standard internațional ISO 18000, care descrie protocoale de comunicații (interfețe radio) în toate intervalele de frecvență RFID de la 135 kHz la 2,45 GHz. Gama UHF (860-960) MHz corespunde standardului ISO 18000-6A / B. În 2004, specialiștii EPCglobal au creat un nou protocol de comunicare între cititor și eticheta UHF - Clasa 1 generația 2. În 2006, propunerea EPC Gen2 cu modificări minore a fost adoptată de ISO / IEC ca supliment DIN la opțiunile existente A și B ale standardului ISO 18000-6, iar în prezent standardul ISO / IEC 18000-6C este cel mai comun standard pentru tehnologia RFID din gama UHF.

Dezavantajele RFID sunt:

performanța etichetei se pierde în caz de deteriorare mecanică parțială;

susceptibilitate la interferențe sub formă de câmpuri electromagnetice;

deschiderea insuficientă a standardelor dezvoltate.

În această secțiune, au fost luate în considerare principalele tehnologii pentru identificarea obiectelor. Dintre acestea, o atenție specială a fost acordată frecvenței radio și identificării optice, care poate fi utilizată pentru a iniția conectarea unui centru de control staționar cu un înregistrator de parametri de mișcare a trenului (RTR).

Tehnologii de transmisie a datelor fără fir

Pentru implementarea procesului de schimb de informații între PC și RPDP, s-a decis studierea tehnologiilor existente de transmitere a datelor fără fir pentru a selecta cea mai potrivită.

Bluetooth

Tehnologia BlueTooth (standardul IEEE 802.15) a fost prima tehnologie care a creat o rețea de date cu caracter personal fără fir (WPAN - Wireless Personal Network). Permite transmiterea de date și voce pe un canal radio pe distanțe scurte (10–100 m) în intervalul de frecvență fără licență de 2,4 GHz și pentru conectarea computerelor, telefoanelor mobile și a altor dispozitive fără linia de vedere. Atunci când creați, obiectivul principal a fost dezvoltarea unei interfețe radio cu consum redus de energie și costuri reduse, care să permită comunicarea între telefoanele mobile și căștile fără fir.

Stivă de protocol wireless BlueTooth:

Figura 1.3.1.1 Stiva de protocol Bluetooth

Tehnologia BlueTooth acceptă atât conexiuni punct-la-punct, cât și punct-la-multipunct. Două sau mai multe dispozitive care utilizează același canal formează un piconet. Unul dintre dispozitive funcționează ca maestru (stăpân), iar restul - ca sclavi (sclav). Un singur piconet poate avea până la șapte sclavi activi, sclavii rămași într-o stare „parcată”, rămânând sincronizați cu stăpânul. Piconetele de interconectare formează o „rețea distribuită” (scatternet). Fiecare piconet are un singur dispozitiv principal, dar sclavii pot aparține unor piconete diferite. În plus, un dispozitiv master al unui piconet poate fi un dispozitiv slave în altul.

În majoritatea cazurilor, tehnologia BlueTooth este utilizată de dezvoltatori pentru a înlocui o conexiune serială prin cablu între două dispozitive cu una fără fir. Pentru a simplifica sarcina de a stabili o conexiune și de a efectua transferul de date, a fost dezvoltată o versiune a firmware-ului modulelor BlueTooth, care reprezintă o implementare software completă a întregului stack de protocol BlueTooth (Fig. 1), precum și a profilurilor SPP (Serial Port Profile) și SDP (Service Discovery Profile). Această soluție permite dezvoltatorului să controleze modulul, să stabilească o conexiune serială fără fir și să efectueze transferul de date folosind comenzi speciale de caractere. Cu toate acestea, impune anumite restricții privind utilizarea capabilităților tehnologiei BlueTooth. Acest lucru afectează în principal scăderea lățimii maxime de bandă și a numărului de conexiuni asincrone simultane acceptate de modulul BlueTooth.

La mijlocul anului 2004, specificația BlueTooth versiunea 1.1, care a fost publicată în 2001, a fost înlocuită de versiunea 1.2 a specificației BlueTooth. Principalele diferențe dintre specificațiile 1.2 și 1.1 includ:

Implementarea tehnologiei de salt adaptiv de frecvență (AFH) a canalului pentru a evita coliziunile.

Timp redus petrecut pentru stabilirea unei conexiuni între două module BlueTooth.

Se știe că BlueTooth și Wi-Fi folosesc aceeași bandă fără licență de 2,4 GHz. Prin urmare, în cazurile în care dispozitivele BlueTooth se află în raza de acțiune a dispozitivelor Wi-Fi și schimbă date între ele, acest lucru poate duce la coliziuni și poate afecta performanța dispozitivelor. Tehnologia AFH evită coliziunile: în timpul schimbului de informații pentru a combate interferențele, tehnologia BlueTooth utilizează saltul de frecvență al canalului, care nu ține cont de canalele de frecvență pe care comunică dispozitivele Wi-Fi.

Foaia de parcurs pentru dezvoltarea tehnologiei BlueTooth dezvoltată de consorțiul SIG este dezvoltată de:

Figura 1.3.1.2 Etapele dezvoltării tehnologiei Bluetooth

În prezent, există un număr mare de companii pe piață care oferă module BlueTooth, precum și componente pentru autorealizarea hardware-ului unui dispozitiv BlueTooth. Aproape toți producătorii oferă module care acceptă specificațiile BlueTooth 1.1 și 1.2 și corespund clasei 2 (raza de 10 m) și clasa 1 (raza de 100 m). Cu toate acestea, deși versiunea 1.1 este pe deplin compatibilă cu 1.2, toate îmbunătățirile discutate mai sus în versiunea 1.2 pot fi obținute numai dacă ambele dispozitive sunt compatibile cu versiunea 1.2.

În noiembrie 2004, versiunea 2.0 a specificației BlueTooth a fost adoptată, sprijinind tehnologia Rată de date îmbunătățită (EDR). Specificația 2.0 cu suport EDR permite schimbul de date la viteze de până la 3 Mbps. Primele eșantioane produse în serie de module corespunzătoare versiunii 2.0 și care suportă tehnologia extinsă de transmisie a datelor EDR au fost oferite de producători la sfârșitul anului 2005. Gama acestor module este de 10 m în absența liniei de vedere, care corespunde clasei 2, iar în prezența liniei de vedere, poate ajunge la 30 m.

După cum sa menționat anterior, scopul principal al tehnologiei BlueTooth este înlocuirea unei conexiuni seriale prin cablu. Tehnologia BlueTooth definește următoarele profiluri: Lan Access Profile, Generic Object Exchange Profile, Profile Object Push Profile, File Transfer Profile, Synchronization Profile.

Rețeaua wireless WiFi folosește unde radio pentru a funcționa, la fel ca telefoanele mobile, televizoarele și radiourile. Schimbul de informații printr-o rețea fără fir este la fel ca negocierea utilizând comunicațiile radio.

Majoritatea echipamentelor Wi-Fi pot fi împărțite în două grupuri mari:

Routerele WiFi (ruterele) și punctele de acces

echipament terminal utilizator echipat cu adaptoare Wi-Fi.

Adaptorul wireless al computerului convertește datele într-un semnal radio și le transmite prin aer folosind o antenă. Routerul wireless primește și decodează acest semnal. Informațiile de la router sunt trimise la Internet printr-un cablu Ethernet cu fir.

De fapt, atât routerele WiFi, cât și punctele de acces WiFi îndeplinesc aceleași funcții - creează o acoperire radio (modul AP), în care orice dispozitiv echipat cu un adaptor se poate conecta la rețea în modul AP-Client. Aici se termină asemănările. Aceste dispozitive diferă atât vizual cât și structural. Un hotspot WiFi clasic are un singur port Ethernet. Routerele WiFi clasice au 5. În același timp, este alocat un port WAN separat, care este utilizat pentru a conecta cablul furnizorului. Restul porturilor Ethernet sunt etichetate ca LAN - sunt utilizate pentru conexiunea cu perechi răsucite a clienților din rețeaua locală, care este creată de router.

În setările din fabrică, serverul DHCP este dezactivat pentru punctul de acces și pentru a se conecta la acesta prin Ethernet sau WiFi, adaptorului de rețea trebuie să i se atribuie o adresă IP statică. Pentru routere, serverul DHCP este activat în setările din fabrică și orice client de router poate obține automat o adresă IP de la acest server. Pentru a face acest lucru, trebuie să configurați serviciul client DHCP al adaptorului, care este utilizat pentru conectarea la router, pentru a obține automat adrese IP. În plus față de serverul DHCP inclus în setările din fabrică, routerele sunt echipate cu un firewall software și hardware care minimizează probabilitatea atacurilor hackerilor și furtului de informații confidențiale de la clienții rețelei locale pe care le creează, dar nu garantează o protecție 100%.

De obicei, o schemă de rețea Wi-Fi conține cel puțin un punct de acces și cel puțin un client. Punctul de acces transmite identificatorul său de rețea (SSID) utilizând pachete speciale de semnalizare la o viteză de 0,1 Mbps la fiecare 100 ms. Cunoscând SSID-ul rețelei, clientul poate afla dacă este posibil să se conecteze la acest punct de acces. Când două puncte de acces cu SSID identice intră în raza de acțiune, receptorul poate alege între ele pe baza puterii semnalului.

Atunci când utilizați echipamente Wi-Fi, există mai multe moduri de operare principale: punct-la-punct, modul infrastructură, modul pod și modul repetor. Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare dintre aceste moduri de funcționare.

În modul punct-la-punct, clienții fără fir sunt conectați direct între ei, punctele de acces nu sunt utilizate în acest caz. Acest mod poate fi utilizat, de exemplu, pentru a conecta două computere echipate cu adaptoare Wi-Fi, fără alte dispozitive suplimentare.

În modul de infrastructură (punct-la-multipunct), toate dispozitivele conectate la rețeaua wireless comunică între ele printr-un dispozitiv intermediar numit punct de acces (AP, Punct de acces).

Modul wireless bridge este utilizat atunci când este necesar să conectați două rețele LAN cablate care sunt la o distanță mică una de cealaltă (20-250 m), dar nu există nicio modalitate de a pune cabluri. În acest caz, clienții fără fir nu se pot conecta la punctele de acces, iar punctele în sine sunt utilizate numai pentru tranzitarea traficului de la o rețea locală cu fir la alta.

Adaptoarele WiFi utilizate pentru funcționare (emițătoare-receptoare, emițătoare-receptoare) sunt foarte asemănătoare cu dispozitivele utilizate în radiouri portabile duplex, telefoane mobile și alte dispozitive similare. Ele pot transmite și primi unde radio, precum și pot converti cele și zerourile unui semnal digital în unde radio și invers. În același timp, există unele diferențe notabile între receptoarele WiFi și emițătoarele de pe alte dispozitive similare. Cea mai semnificativă diferență este că acestea funcționează pe alte benzi de frecvență. Cele mai multe laptop-uri moderne și multe computere desktop sunt vândute cu transmițătoare wireless încorporate. Dacă laptopul nu are un astfel de dispozitiv, există adaptoare care se conectează la slotul de expansiune pentru carduri PC sau la portul USB. După instalarea adaptorului wireless și a driverelor corespunzătoare pentru a permite adaptorului să funcționeze normal, computerul poate căuta automat rețelele disponibile.

Transceiverele WiFi pot funcționa în una din cele trei benzi de frecvență. O variantă este posibilă și atunci când se efectuează „sărituri” rapide dintr-o gamă în alta. Această tehnică vă permite să reduceți efectul interferențelor și să profitați simultan de capacitățile wireless ale multor dispozitive. Majoritatea standardelor actuale ale tehnologiei WiFi utilizează gama de frecvențe de 2,4 GHz sau, mai exact, banda de frecvență 2400 MHz-2483,5 MHz. În plus față de gama de frecvențe de 2,4 GHz, standardele moderne WiFi actuale utilizează gama de 5 GHz în benzile de frecvență 5.180-5.240GHz și 5.745-5.825GHz. Aceste frecvențe sunt mult mai mari decât cele utilizate în telefoanele mobile, radiourile portabile duplex și televizorul over-the-air. Mai multe date pot fi transmise la o frecvență mai mare.

WiFi utilizează standardele de rețea 802.11 în mai multe variante:

Conform standardului 802.11a, datele sunt transmise în banda de 5 GHz la viteze de până la 54 megabiți pe secundă. Include, de asemenea, multiplexarea ortogonală prin diviziune în frecvență (OFDM), o tehnică de codificare mai eficientă care împarte semnalul original de pe partea de transmisie în mai multe sub-semnale. Această abordare reduce impactul interferențelor.

802.11b este cel mai lent și cel mai puțin costisitor standard. De ceva timp, datorită costului său, a devenit răspândit, dar acum este înlocuit de standarde mai rapide, pe măsură ce devin mai ieftine. Standardul 802.11b este conceput pentru a funcționa în banda de 2,4 GHz. Rata de transfer a datelor este de până la 11 megabiți pe secundă atunci când este utilizată pentru a crește viteza tastării codului complementar (CCK).

Standardul 802.11g, la fel ca 802.11b, asigură funcționarea în banda de 2,4 GHz, dar oferă o rată de transfer de date semnificativ mai mare - până la 54 megabiți pe secundă. 802.11g este mai rapid, deoarece folosește aceeași codificare OFDM ca 802.11a.

Cel mai nou standard este 802.11n. A crescut semnificativ rata de transfer a datelor și a extins gama de frecvențe. În același timp, deși standardul 802.11g este teoretic capabil să transfere date de 54 megabiți pe secundă, viteza reală este de aproximativ 24 megabiți pe secundă, din cauza congestiei rețelei. Standardul 802.11n poate oferi o rată de transfer de date de 140 megabiți pe secundă. Standardul a fost aprobat pe 11 septembrie 2009 de Institutul Inginerilor Electrici și Electronici (IEEE), un lider mondial în dezvoltarea și implementarea de noi standarde.

Cele mai comune standarde de rețea fără fir de astăzi sunt IEEE 802.11 b și 802.11 g. Echipamentul acestor rețele, conform IEEE, funcționează în intervalul 2400-2483,5 MHz și este capabil să transmită date la o viteză maximă de 11 și respectiv 54 Mbit / s.

Distribuția undelor în intervalul considerat are o serie de calități originale. În ciuda similitudinii funcționale dintre echipamentele fără fir și cele cu fir, diferența dintre instalare, instalare și configurare este considerabilă. Motivul se află în proprietățile mediului fizic utilizate pentru a transfera informații. În cazul echipamentelor fără fir, trebuie luate în considerare legile propagării undelor radio. Transmisia radio este mai sensibilă la diferite tipuri de interferențe. Prin urmare, prezența pereților despărțitori, pereților și podelelor din beton armat poate afecta rata de transfer a datelor. Condițiile pentru recepționarea și transmiterea unui semnal radio înrăutățesc nu numai obstacolele fizice, ci și diferite dispozitive cu emisie radio care creează interferențe.

La un moment dat, standardul pentru securitate în rețelele de comunicații regionale era tehnologia Wired Equivalency Privacy (WEP). Cu toate acestea, hackerii au descoperit vulnerabilități în WEP, iar acum este destul de ușor să găsiți aplicații și programe concepute pentru a intra în rețele cu o astfel de protecție. WEP se bazează pe cifrul fluxului RC4, ales pentru viteza mare și lungimile variabile ale cheilor. CRC32 este utilizat pentru a calcula sumele de control.

WPA a înlocuit tehnologia de securitate fără fir WEP. Beneficiile WPA includ securitate îmbunătățită a datelor și un control mai strict asupra accesului la rețelele fără fir. Astăzi, o rețea fără fir este considerată sigură dacă are trei componente principale ale sistemului de securitate: autentificarea utilizatorului, confidențialitatea și integritatea transmisiei de date. Accesul protejat WiFi (WPA) face parte în prezent din protocolul de securitate wireless 802.11i. Această tehnologie acceptă instrumentele de autentificare de bază 802.1x, cum ar fi Extensible Authentication Protocol (EAP), care implică trei părți implicate în autentificare - apelantul (clientul), telefonul (punctul de acces) și serverul de autentificare, ceea ce crește semnificativ securitatea conexiunii. În plus, WPA asigură confidențialitatea transmiterii datelor prin criptarea traficului utilizând chei temporare utilizând TKIP și integritatea informațiilor - prin verificarea sumelor de control MIC (Message Integrity Check). Ca și în cazul WEP, WPA necesită autentificări prin parolă. Cele mai multe hotspot-uri publice sunt fie deschise, fie utilizează WPA sau WEP pe 128 de biți, deși unele mai folosesc vechiul sistem WEP vulnerabil. WPA și WPA2 sunt în prezent dezvoltate și promovate de Wi-Fi Alliance.

Pentru mai multă securitate, filtrarea adreselor Media Access Control (MAC) este uneori folosită. Nu folosește o parolă pentru a identifica utilizatorii; folosește hardware-ul fizic al computerului. Fiecare computer are propria adresă MAC unică. Filtrarea MAC asigură că numai mașinile cu adrese MAC specifice pot accesa rețeaua. Când configurați routerul, trebuie să specificați ce adrese au permisiunea de a accesa rețeaua. Sistemul nu este 100% fiabil. Un hacker cu un nivel adecvat de cunoștințe poate falsifica adresa MAC, adică poate copia o adresă MAC legală cunoscută și poate înșela sistemul imitând această adresă cu computerul său, ceea ce îi va permite să intre în rețea.

Avantajele Wi-Fi

Permite implementarea rețelei fără cablare, ceea ce poate reduce costurile de implementare și / sau extindere a rețelei. Locațiile în care cablul nu poate fi instalat, cum ar fi în aer liber și în clădiri cu valoare istorică, pot fi deservite de rețele fără fir.

Permite dispozitivelor mobile să acceseze rețeaua.

Dispozitivele Wi-Fi sunt răspândite pe piață. Compatibilitatea echipamentelor este garantată datorită certificării obligatorii a echipamentelor cu sigla Wi-Fi.

În zona Wi-Fi, mai mulți utilizatori pot accesa internetul de la computere, laptopuri, telefoane etc.

Radiația de pe dispozitivele Wi-Fi în momentul transferului de date este de un ordin de mărime (de 10 ori) mai mică decât cea a unui telefon mobil.

Tehnologia de transmisie a datelor fără fir ZigBee a fost introdusă pe piață după apariția tehnologiilor de transmisie a datelor fără fir BlueTooth și Wi-Fi. Apariția tehnologiei ZigBee se datorează în primul rând faptului că pentru unele aplicații (de exemplu, pentru controlul de la distanță al iluminatului sau ușilor de garaj, sau citirii informațiilor de la senzori), principalele criterii pentru alegerea unei tehnologii de transmisie fără fir este consumul redus de energie al hardware-ului și costul său redus. Aceasta are ca rezultat o lățime de bandă redusă, deoarece în majoritatea cazurilor senzorii sunt alimentați de la bateria încorporată, timpul de funcționare din care ar trebui să depășească câteva luni și chiar ani. Tehnologiile wireless BlueTooth și Wi-Fi care existau la acel moment nu îndeplineau aceste criterii, oferind transfer de date la viteze mari, cu niveluri ridicate de consum de energie și costuri hardware. În 2001, Grupul de lucru nr. 4 IEEE 802.15 a început să lucreze la crearea unui nou standard care să îndeplinească următoarele cerințe:

consum foarte redus de energie a hardware-ului care implementează tehnologia de transmisie a datelor fără fir (durata de viață a bateriei ar trebui să fie de la câteva luni la câțiva ani);

transferul de informații ar trebui să se efectueze la o viteză redusă;

cost redus al hardware-ului.

Rezultatul a fost dezvoltarea standardului IEEE 802.15.4. În fig. 5 prezintă un model de interacțiune între standardul IEEE 802.15.4, tehnologia de transmisie de date fără fir ZigBee și utilizatorul final.

Figura 1.3.3.1 Model de interacțiune între standardul IEEE 802.15.4, tehnologia de transmisie de date fără fir ZigBee și utilizatorul final

Standardul IEEE 802.15.4 definește interacțiunea doar a două straturi inferioare ale modelului de interacțiune: stratul fizic (PHY) și stratul de control al accesului radio pentru trei benzi de frecvență fără licență: 2,4 GHz, 868 MHz și 915 MHz.

Stratul MAC este responsabil pentru gestionarea accesului la canalul radio folosind metoda Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA-CA), precum și gestionarea conexiunii și deconectării de la rețeaua de date și asigurarea protecției informațiilor transmise simetric tasta (AES-128).

La rândul său, tehnologia de transmisie a datelor fără fir ZigBee propusă de alianța ZigBee definește straturile rămase ale modelului de interacțiune, care includ stratul de rețea, stratul de securitate, stratul de structură al aplicației și stratul de profil al aplicației. Stratul de rețea, tehnologia fără fir ZigBee, este responsabil pentru descoperirea dispozitivelor și configurarea rețelei și acceptă trei topologii de rețea.

Pentru a asigura costul redus al integrării tehnologiei wireless ZigBee în diverse aplicații, implementarea fizică a hardware-ului standardului IEEE 802.15.4 se realizează în două versiuni: dispozitive cu caracteristici limitate (RFD) și dispozitive complet funcționale (FFD).

În plus față de divizarea dispozitivelor în RFD-uri și FFD-uri, ZigBee Alliance definește trei tipuri de dispozitive logice: ZigBee Coordinator (Coordonator), ZigBee Router și ZigBee Terminal Device. Coordonatorul efectuează inițializarea rețelei, gestionarea nodurilor și, de asemenea, stochează informații despre setările fiecărui nod conectat la rețea. Un router ZigBee este responsabil pentru rutarea mesajelor trimise prin rețea de la un nod la altul. Prin dispozitiv terminal se înțelege orice dispozitiv terminal conectat la rețea. Dispozitivele RFD și FFD discutate mai sus sunt tocmai dispozitivele terminale. Tipul de dispozitiv logic la construirea unei rețele este determinat de utilizatorul final prin alegerea unui profil specific propus de alianța ZigBee. Când construiți o rețea cu topologia „fiecare cu fiecare”, mesajele pot fi transmise de la un nod de rețea la altul de-a lungul diferitelor rute, ceea ce face posibilă construirea rețelelor distribuite (combinând mai multe rețele mici într-una mare - un arbore cluster) cu instalarea unui nod de la altul pe un distanța și asigurarea livrării fiabile a mesajelor.

Traficul transmis prin rețeaua ZigBee, de regulă, este împărțit în periodic, intermitent și repetitiv (caracterizat printr-un interval de timp mic între trimiterea mesajelor de informații).

Traficul periodic este tipic pentru aplicațiile care trebuie să primească informații de la distanță, de exemplu de la senzori sau contoare fără fir. În astfel de aplicații, obținerea de informații de la senzori sau contoare se realizează după cum urmează. Așa cum am menționat mai devreme, orice dispozitiv terminal, care în acest exemplu este un senzor wireless, ar trebui să fie în modul „sleep” pentru marea majoritate a timpului de funcționare, asigurând astfel un consum foarte mic de energie. Pentru a transmite informații, dispozitivul terminal iese în anumite momente din modul „sleep” și caută la radio un semnal special (baliză) transmis de dispozitivul de gestionare a rețelei (coordonatorul ZigBee sau routerul ZigBee) la care este conectat contorul wireless. În prezența unui semnal special (baliză) în aer, dispozitivul terminal transmite informații către dispozitivul de control al rețelei și intră imediat în modul „repaus” până la următoarea sesiune de comunicare.

Traficul intermitent este comun, de exemplu, pentru dispozitivele de control al iluminatului la distanță. Imaginați-vă o situație în care este necesar, când este declanșat un senzor de mișcare instalat la ușa din față, să trimiteți o comandă pentru a porni iluminatul pe hol. În acest caz, comanda este transmisă după cum urmează. Când dispozitivul de control al rețelei primește un semnal că senzorul de mișcare este declanșat, acesta emite o comandă dispozitivului terminal (comutator fără fir) pentru a se conecta la rețeaua fără fir ZigBee. Apoi se stabilește o conexiune cu dispozitivul terminal (comutator fără fir) și se transmite un mesaj de informații care conține o comandă pentru a porni iluminatul. După primirea comenzii, conexiunea este încheiată și comutatorul wireless este deconectat de la rețeaua ZigBee. Conectarea și deconectarea dispozitivului terminal la rețeaua ZigBee numai în momentele necesare pentru acest lucru poate crește semnificativ timpul pe care dispozitivul terminal îl petrece în modul „sleep”, asigurând astfel un consum minim de energie. Metoda de utilizare a unui semnal special (baliză) este mult mai consumatoare de energie.

În unele aplicații, de exemplu, sistemele de securitate, transmiterea informațiilor despre declanșarea senzorilor ar trebui efectuată aproape instantaneu și fără întârzieri. Dar trebuie luat în considerare faptul că la un moment dat mai mulți senzori pot „funcționa” simultan, generând așa-numitul trafic repetitiv în rețea. Probabilitatea acestui eveniment este mică, dar este inacceptabil să îl ignori în sistemele de securitate. În rețeaua fără fir ZigBee, pentru mesajele transmise către rețeaua fără fir atunci când sunt declanșați simultan mai mulți senzori de securitate (puncte finale), transmiterea datelor de la fiecare senzor este asigurată într-un interval de timp special alocat. În tehnologia ZigBee, un interval de timp dedicat se numește slot de timp garantat (GTS). Prezența în tehnologia ZigBee a capacității de a oferi un interval de timp garantat pentru transmiterea mesajelor urgente ne permite să vorbim despre implementarea metodei QoS (calitatea serviciului) în ZigBee. Alocarea unui interval de timp garantat pentru transmiterea mesajelor urgente se efectuează de către coordonatorul de rețea (Fig. 6, coordonatorul PAN).

Pentru a construi o rețea fără fir (de exemplu, o rețea cu o topologie „stea”) bazată pe tehnologia ZigBee, dezvoltatorul trebuie să achiziționeze cel puțin un coordonator de rețea și numărul necesar de dispozitive terminale. Când vă planificați rețeaua, rețineți că numărul maxim de puncte finale active conectate la coordonatorul de rețea nu trebuie să depășească 240. În plus, instrumentele software trebuie achiziționate de la producătorul de cipuri ZigBee pentru a dezvolta, configura rețeaua și a crea aplicații și profiluri personalizate.

Costul ridicat al kitului de depanare, care include un set de instrumente software și hardware pentru construirea rețelelor wireless ZigBee de orice complexitate, este unul dintre factorii constrângători pentru răspândirea în masă a tehnologiei ZigBee pe piața rusă.

Scurta prezentare generală a tehnologiilor de transmisie a datelor fără fir BlueTooth, Wi-Fi și ZigBee, prezentată în secțiune, arată că fiecare tehnologie are propriile sale calități distinctive, care constau în atingerea aceluiași scop în moduri diferite (cu pierderi diferite). Caracteristicile comparative ale tehnologiilor BlueTooth, Wi-Fi și ZigBee sunt prezentate în tabel.

Tabelul 1.3.3.1

Caracteristici comparative ale tehnologiilor BlueTooth, Wi-Fi și ZigBee

Din acest tabel se poate observa că cea mai rapidă și mai lungă transmisie este posibilă atunci când se utilizează tehnologia Wi-Fi. Tehnologia Wi-Fi este utilizată pentru a transfera e-mail, video și alte date pe Internet. Tehnologia ZigBee este perfectă pentru comunicarea cu viteză redusă de dimensiuni mici între un număr mare de noduri, pentru monitorizare și control de la distanță. Tehnologia BlueTooth a găsit cea mai mare aplicație în schimbul de date între dispozitive mobile.

Tehnologia de rețea este un set consistent de protocoale standard și software și hardware care le implementează (de exemplu, adaptoare de rețea, drivere, cabluri și conectori) suficiente pentru a construi o rețea de calculatoare. Epitetul „suficient” subliniază faptul că acest set este setul minim de instrumente cu care puteți construi o rețea funcțională.

Protocoalele pe baza cărora este construită o rețea a unei anumite tehnologii (în sens restrâns) au fost special dezvoltate pentru colaborare, prin urmare, nu este necesar un efort suplimentar din partea dezvoltatorului de rețea pentru a-și organiza interacțiunea. Uneori, tehnologiile de rețea sunt numite tehnologii de bază, ceea ce înseamnă că pe baza lor este construită baza oricărei rețele. Exemple de tehnologii de rețea de bază sunt tehnologiile LAN bine cunoscute, cum ar fi Ethernet, Token Ring și FDDI, sau X.25 și tehnologiile WAN cu releu de cadre. Pentru a obține o rețea funcțională, în acest caz, este suficient să achiziționați software și hardware legate de o tehnologie de bază - adaptoare de rețea cu drivere, hub-uri, comutatoare, cabluri etc. - și să le conectați în conformitate cu cerințele standardului pentru această tehnologie.

Astăzi, cel mai comun standard pentru rețelele locale este tehnologia de transmisie a datelor prin pachete Ethernet. Standardele Ethernet definesc cablarea și semnalele electrice la nivelul fizic, formatul cadrelor și protocoalele de control al accesului media la stratul de legătură al modelului OSI. Ethernet este descris în principal de standardele IEEE 802.3. Cablul coaxial, perechea răsucită sau cablul optic sunt utilizate ca mediu de transmisie. Calculatoarele sunt conectate la un mediu partajat conform unei structuri tipice de autobuz partajate. Folosind un autobuz partajat în timp, orice două computere pot face schimb de date.

Toate tipurile de standarde Ethernet (inclusiv Fast Ethernet și Gigabit Ethernet) utilizează aceeași metodă de separare a mediilor - metoda CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access and Collision Detection). Esența metodei de acces aleatoriu este următoarea. Un computer dintr-o rețea Ethernet poate transmite date prin rețea numai dacă rețeaua este liberă, adică dacă în prezent nu există un alt computer care schimbă date. Prin urmare, o parte importantă a tehnologiei Ethernet este procedura de determinare a disponibilității media. După ce computerul este convins că rețeaua este gratuită, începe să transmită, în timp ce „deturnează” mediul. Timpul de utilizare exclusivă a mediului partajat de către un nod este limitat de timpul de transmisie al unui cadru. Un cadru este o unitate de date care este schimbată între calculatoare dintr-o rețea Ethernet. Cadrul are un format fix și, împreună cu câmpul de date, conține diverse informații despre servicii, de exemplu, adresa destinatarului și adresa expeditorului. Rețeaua Ethernet este proiectată în așa fel încât, atunci când un cadru intră pe mediul de transmisie de date partajat, toate adaptoarele de rețea încep să primească simultan acest cadru. Toți analizează adresa de destinație situată într-unul dintre câmpurile inițiale ale cadrului și, dacă această adresă se potrivește cu propria adresă, cadrul este plasat în bufferul intern al adaptorului de rețea. Astfel, computerul de destinație primește datele destinate acestuia. Uneori poate apărea o situație când două sau mai multe computere decid simultan că rețeaua este liberă și încep să transmită informații. Această situație, numită coliziune, împiedică transmiterea corectă a datelor prin rețea. Standardul Ethernet oferă un algoritm pentru detectarea și tratarea corectă a coliziunilor. Probabilitatea unei coliziuni depinde de cantitatea de trafic din rețea. După detectarea unei coliziuni, adaptoarele de rețea care au încercat să-și transmită cadrele încetează să mai transmită și, după o pauză de o lungime aleatorie, încearcă din nou să acceseze mediul și să transmită cadrul care a provocat coliziunea.

Principalul avantaj al rețelelor Ethernet care le-a făcut atât de populare este rentabilitatea lor. Pentru a construi o rețea, este suficient să aveți un adaptor de rețea pentru fiecare computer plus un segment de cablu fizic de lungimea necesară. Alte tehnologii de bază, cum ar fi Token Ring, necesită un dispozitiv suplimentar, un hub, pentru a crea chiar și o rețea mică. În plus, în rețelele Ethernet, sunt implementați algoritmi destul de simpli pentru accesul la mediu, adresare și transmisie de date. Logica simplă de rețea duce la simplificare și, în consecință, la adaptoare de rețea mai ieftine și la driverele acestora. Din același motiv, adaptoarele Ethernet sunt extrem de fiabile. Și, în sfârșit, o altă proprietate remarcabilă a rețelelor Ethernet este scalabilitatea lor bună, adică ușurința de conectare a noilor noduri. Alte tehnologii de rețea de bază - Token Ring, FDDI - deși au multe caracteristici individuale, în același timp au multe proprietăți comune cu Ethernet. Diferențele semnificative ale unei tehnologii de la alta sunt legate de particularitățile metodei utilizate de acces la mediul comun. Deci, diferențele dintre tehnologia Ethernet și tehnologia Token Ring sunt în mare măsură determinate de specificul metodelor de separare a mediilor încorporate în acestea - un algoritm aleatoriu pentru accesarea Ethernet și o metodă de acces prin trecerea unui jeton în Token Ring.

O magistrală CAN este utilizată pentru a integra toate unitățile sistemului de management al siguranței trenului Vityaz. Să luăm în considerare această interfață mai detaliat.

CAN (Control Area Network) este o coloană vertebrală serială care conectează dispozitivele de intrare / ieșire „inteligente”, senzorii și dispozitivele de acționare ale unor mecanisme sau chiar ale unei întreprinderi într-o rețea locală. Se caracterizează printr-un protocol care oferă posibilitatea de a găsi mai multe dispozitive master pe autostradă, asigură transmiterea datelor în timp real și corectarea erorilor și o imunitate ridicată la zgomot. Sistemul CAN constă dintr-un număr mare de microcircuite care permit funcționarea dispozitivelor conectate la magistrală, care au fost inițial dezvoltate de BOSH pentru utilizare în automobile și sunt acum utilizate pe scară largă în automatizarea industrială. Rata de transfer este setată în software și poate fi de până la 1 Mbps.

Dar, în practică, o rețea CAN înseamnă, de obicei, o rețea de topologie de magistrală cu un strat fizic sub forma unei perechi diferențiale, definită în standardul ISO 11898. Transmiterea se efectuează în cadre care sunt recepționate de toate nodurile de rețea. Pentru a accesa autobuzul, sunt produse microcircuite specializate - șoferi de autobuz CAN.

Sistemul CAN funcționează foarte fiabil. Dacă apar defecțiuni, acestea sunt în mod necesar înregistrate în aparatele de înregistrare a defecțiunilor corespunzătoare și pot fi apoi citite cu ajutorul instrumentului de diagnosticare.

Figura 1.5.1 Sistem CAN

Rețeaua conectează mai multe unități de control. Unitățile de control sunt conectate la acesta prin transmițătoare (transceivere). Astfel, toate stațiile individuale din rețea sunt în aceleași condiții. Adică, toate unitățile de control sunt echivalente și niciuna dintre ele nu are prioritate. În același timp, vorbesc despre așa-numita arhitectură multi-site. Schimbul de informații se realizează prin transmiterea semnalelor seriale.

Procesul de schimb de informații constă în schimbul de mesaje individuale, cadre. Aceste mesaje pot fi trimise și primite de fiecare dintre unitățile de control. Fiecare dintre mesaje conține date despre un parametru fizic al sistemului. În acest caz, valoarea este reprezentată în formă binară, adică ca o succesiune de zerouri și unii sau biți. De exemplu, o turație a motorului de 1800 rpm poate fi reprezentată ca un număr binar 00010101. Când se transmit semnale, fiecare număr în formă binară este convertit într-un flux de impulsuri consecutive (biți). Aceste impulsuri sunt trimise prin firul TX (firul de transmisie) la intrarea emițătorului (amplificator). Transmițătorul convertește trenurile de impuls curent în semnale de tensiune corespunzătoare, care sunt apoi transmise secvențial către firul de magistrală. Când recepționează semnale, transmițătorul transformă impulsurile de tensiune într-o secvență de biți și le transmite prin firul RX (firul de recepție) către unitatea de control. În unitatea de control, secvențele de semnal binar sunt convertite înapoi în date de mesaj. De exemplu, numărul binar 00010101 este convertit la o viteză de 1800 rpm.

Mesajul transmis poate fi primit de fiecare dintre unitățile de control. Acest principiu al transmiterii de date se numește difuzare, deoarece este similar cu principiul de funcționare al unui post de radio difuzat, ale cărui semnale sunt recepționate de fiecare utilizator al rețelei radio. Acest principiu al transmiterii datelor asigură că toate unitățile de control conectate la rețea primesc aceleași informații în orice moment. Fiecare mesaj este furnizat cu un identificator care definește scopul datelor transmise, dar nu și adresa receptorului. Orice receptor poate răspunde la un identificator sau la mai mulți. Mai multe receptoare pot răspunde la un singur identificator.

Figura 1.5.2 Principiul mesajelor CAN

Unitatea de control primește semnalele de la senzori, le prelucrează și transmite semnalele de control corespunzătoare către servomotoare. Cele mai esențiale componente ale unității de control sunt un microcontroler cu memorii de intrare și ieșire și un dispozitiv de stocare software. Semnalele de la senzori, cum ar fi un senzor de temperatură sau un senzor de viteză al arborelui cotit, primite de unitatea de comandă sunt apelate în mod regulat și stocate secvențial în memoria de intrare. În microcontroler, semnalele de intrare sunt procesate în conformitate cu programele încorporate în acesta. Semnalele generate ca urmare a acestei procesări sunt trimise către celulele memoriei de ieșire, de unde sunt alimentate către actuatoarele corespunzătoare. Pentru a procesa mesajele provenite de la magistrala CAN și direcționate către acesta, fiecare unitate de control este echipată cu un dispozitiv de memorie suplimentar, care stochează atât mesajele primite, cât și cele trimise.

Un modul de sistem CAN este utilizat pentru schimbul de date prin magistrala CAN. Este împărțit în două zone: zona de recepție și zona de transmisie. Modulul de sistem CAN este conectat la unitatea de control prin cutii poștale pentru mesajele primite și expediate. De obicei este încorporat în cipul microcontrolerului unității de control.

Transmițătorul este un dispozitiv transceiver care îndeplinește simultan funcțiile unui amplificator. Convertește secvența de semnale binare de la modulul sistemului CAN (la nivel logic) în impulsuri de tensiune electrică și invers. Astfel, prin intermediul impulsurilor electrice, datele pot fi transmise prin fire de cupru. Transmițătorul comunică cu modulul de sistem CAN prin cablurile TX (fir de transmisie) și RX (fir de recepție). Firul RX este conectat la magistrala CAN printr-un amplificator. Vă permite să „ascultați” constant semnalele digitale transmise prin autobuz.

Cu un autobuz gratuit, orice nod poate începe să transmită în orice moment. În cazul transmiterii simultane a cadrelor de două sau mai multe noduri, acces la arbitraj: Prin transmiterea adresei sursă, nodul verifică simultan starea magistralei. Dacă se recepționează un bit dominant la transmiterea unui bit recesiv, se consideră că celălalt nod transmite un mesaj cu o prioritate mai mare și transmisia este amânată până când autobuzul este eliberat. Astfel, spre deosebire, de exemplu, de Ethernet, CAN nu are o pierdere neproductivă a lățimii de bandă a canalului în caz de coliziuni. Prețul acestei soluții este probabilitatea ca mesajele cu prioritate redusă să nu fie transmise niciodată.

Toate stațiile conectate la autobuz primesc mesajul trimis de unitatea de control. Acest mesaj este trimis către zonele de recepție ale modulelor CAN corespunzătoare prin firele RX. Apoi, ei pot determina la nivel de control, prin cantitatea de CRC (Ciclism Redundanță Verificare), dacă există erori de transmisie în mesaj.

Beneficii

Abilitatea de a lucra în timp real greu.

Ușurința de implementare și costul minim de utilizare.

Imunitate ridicată la interferențe.

Arbitraj de acces la rețea fără pierderea lățimii de bandă.

Control fiabil al erorilor de transmisie și recepție.

Distribuție largă a tehnologiei, disponibilitatea unei game largi de produse de la diverși furnizori.

Conexiunea echipamentelor suplimentare este simplificată.

dezavantaje

O cantitate mică de date care poate fi transferată într-un singur pachet (până la 8 octeți).

Dimensiune mare a datelor de serviciu din pachet (în raport cu datele utile).

Cu toate acestea, lipsa unui singur standard general acceptat pentru un protocol de nivel înalt este un avantaj. Standardul de rețea oferă oportunități ample pentru transferul de date aproape fără erori între noduri, lăsând dezvoltatorului posibilitatea de a investi în acest standard tot ceea ce se poate potrivi acolo.

Interfață USB

În al patrulea capitol al acestui proiect de teză, va fi scris un PPP pentru standul de testare RPDP. La acest stand, conexiunea la CAN prin USB va fi efectuată, așa că s-a decis studierea interfeței USB.

USB (Universal Serial Bus) este un standard industrial pentru extinderea arhitecturii unui computer PC.

Arhitectura USB este definită de următoarele criterii:

Extindere ușor de realizat a periferiei PC-computer;

Viteze de transfer de până la 12 Mbps (versiunea 1.1), până la 480 Mbps (versiunea 2.0), până la 4,8 Gbps (versiunea 3.0);

Capacitatea de a se integra în computerele de orice dimensiune și configurație;

Crearea ușoară a dispozitivelor de extensie pentru computerele PC.

Din punctul de vedere al utilizatorului, parametrii USB importanți sunt:

Ușor de conectat la un computer PC, adică este imposibil să conectați dispozitivul incorect;

Nu este nevoie să opriți alimentarea înainte de conectare, datorită designului conectorilor;

Ascunderea detaliilor conexiunii electrice de la utilizatorul final;

Periferice autoidentificate (Plug & Play);

Capacitatea de a conecta dinamic dispozitive periferice;

Dispozitivele de consum redus (până la 500 ma) pot fi alimentate direct de pe magistrala USB.

Conexiunea fizică a dispozitivelor se realizează utilizând o topologie stelară cu mai multe niveluri. Centrul fiecărei stele este un hub (oferă puncte de conexiune suplimentare). Fiecare segment de cablu conectează două puncte - un hub la un alt hub sau funcție (reprezintă un periferic final). Sistemul are și un singur controler gazdă situat în partea de sus a piramidei de funcții și hub-uri și controlează funcționarea întregului sistem. Controlerul gazdă se integrează cu Root Hub, care oferă unul sau mai multe puncte de conectare - porturi. Controlerul USB inclus în chipset-uri are de obicei un hub rădăcină dual-port încorporat.

În mod logic, un dispozitiv conectat la orice port al unui hub USB poate fi considerat ca fiind conectat direct la controlerul gazdă. Astfel, punctul de conectare al dispozitivului nu este important.

Controlerul gazdă distribuie lățimea de bandă a magistralei între dispozitive. Autobuzul USB vă permite să vă conectați, să configurați, să utilizați și să deconectați dispozitivele în timp ce gazda și dispozitivele rulează.

Funcțiile sunt dispozitive capabile să transmită sau să primească date sau să controleze informații prin magistrală. De obicei, funcțiile sunt periferice separate conectate la portul hub cu un cablu USB. Fiecare funcție oferă informații de configurare care descriu capacitățile dispozitivului și cerințele de resurse. Funcția trebuie configurată de gazdă înainte de utilizare - o lățime de bandă a canalului alocată și opțiuni de configurare selectate.

Butucul este un butuc de cablu. Punctele de conectare se numesc porturi hub. Fiecare hub convertește un punct de conexiune în mai multe. Arhitectura permite conectarea mai multor hub-uri. Fiecare hub are un port Upstream pentru conectarea la un hub de nivel superior și unul sau mai multe porturi Downstream pentru conectarea caracteristicilor sau hub-uri de nivel inferior. Hubul recunoaște când dispozitivele sunt conectate și scoase și controlează alimentarea cu energie a segmentelor din aval.

Pentru a salva programatorul de munca de rutină de scriere a unui driver, unele sisteme de operare includ în mod științific drivere de nivel scăzut. Windows include:

driverul controlerului gazdă (USB Bus Driver) este responsabil pentru gestionarea tranzacțiilor, alimentarea și recunoașterea dispozitivului;

șoferul de autobuz (USB Bus Driver) este responsabil pentru gestionarea tranzacțiilor, alimentarea și recunoașterea dispozitivului;

șofer de clasă.

Din punctul de vedere al programatorului, driverul clasei și interfața pentru apelarea acestui driver sunt de cel mai mare interes. Aici sistemul de operare face un pas către unificarea interfeței. Toate dispozitivele USB sunt împărțite în grupuri (hub-uri, dispozitive HID, audio, dispozitive de stocare, imprimante, dispozitive de comunicații), în funcție de proprietățile generale, funcțiile îndeplinite și cerințele de resurse. Pentru fiecare grup de dispozitive, Windows oferă un driver separat care este instalat automat atunci când detectează că un dispozitiv aparține unuia dintre grupuri. Astfel, în majoritatea cazurilor, nu sunt necesari șoferi.

Clasa USB HID (dispozitiv de interfață umană) - O clasă de dispozitive USB pentru interacțiunea umană. Această clasă include dispozitive precum tastatură, mouse, controler de joc. Aceasta este una dintre primele clase USB acceptate de sistemul de operare Windows. Un dispozitiv HID, pe lângă introducerea datelor într-un computer, poate primi și date de la acesta. Dacă trebuie să trimiteți date către un dispozitiv HID, trebuie să inițiați o conexiune cu acest dispozitiv și apoi să lucrați cu el ca la un fișier obișnuit.

Acest capitol a oferit o prezentare generală a principalelor tehnologii de transmisie a datelor. Pentru desfășurarea procesului de schimb de informații între un computer și un tren, s-a decis studierea tehnologiilor existente de transmitere a datelor fără fir pentru a selecta cea mai potrivită (capitolul 2).În plus față de tehnologiile fără fir ale stratului fizic, au fost luate în considerare tehnologiile stratului de legătură (Ethernet, Frame Relay, ATM).

În această secțiune, au fost luate în considerare și principalele tehnologii de identificare a obiectelor. Dintre acestea, o atenție specială a fost acordată frecvenței radio și identificării optice, care poate fi utilizată pentru a iniția conectarea unui centru de control staționar cu un înregistrator de parametri de mișcare a trenului (RTR).