3.Prenos dát - Dátový spoj, Štruktúra sietí

Dátový spoj:

-       je základným prvkom každého systému spracovania dát (SD)

-       je tvorený radom prostriedkov potrebných na elektrický prenos dát

-       umožňuje prenos dát medzi dvoma terminálmi alebo medzi terminálom a PC

-       základná štruktúra:

DZ – dátový zdroj – zariadenie, ktoré dodáva dáta určené na prenos – napr. snímače, počítač...

DS – dátový spotrebič – zariadenie, ktoré prijíma prenesené dáta – napr. tlačiareň...

DZ a DS sú väčšinou periférne jednotky

KZD – koncové zariadenie prenosu dát – zaisťuje množstvo funkcií, ktoré sú potrebné pre vzájomnú previazanosť DZ a DS na dátový okruh – napr. transformácia paralelného kódu na sériový a naopak, zabezpečenie dátovej správy proti chybám ... Na strane PC je KDZ nazývané ako komunikačná jednotka (radič) a plní ešte ďalšie funkcie

UZD – ukončujúce zariadenie dátového okruhu – prispôsobuje KZD k telekomunikač. okruhu. Obyčajne je tvorené modemom. UZD ešte transformuje riadiace povely z KZD na signály, ktoré sú vyhodnocované v komutačnom uzle alebo vzdialenom termináli.

KS – koncová stanica – tvorená KZD+UZD

Si rozhrania – musí byť zabezpečená kompatibilita – vlastnosti rozhrania sú medzinárodne unifikované (CCITT) pre zaistenie správnej funkcie všetkých zariadení a kompatibility rôznych vyrábaných typov

S1 rozhranie – pri analógovom spoji 2 alebo 4-drôtové. Musí byť zaistený optimálny prenos dátových signálov.

S2 rozhranie – normalizované konektory medzinárodnou štandardizačnou organizáciou ISO. Je tu nezávislosť KZD na type UZD. Možnosť pripojiť na UZD rôzne terminály.

Systém „on-line“: ak je dátový spoj priamo elektricky prepojený na vstup koncovej komunikačnej jednotky. 

Schéma: 

Výhoda: na strane PC sa môže pracovať bez obsluhy, možnosť rýchleho prístupu k danému PC.

Je to potrebné pre systémy požadujúce spracovanie dát v reálnom čase – napr. rezervačné systémy. Nevýhoda: zložitosť, vyššie náklady.

Systém „off-line“: Ak nie je dátový spoj priamo elektricky prepojený na vstup koncovej komunikačnej jednotky. Napr. prijímané dáta na strane PC budú najprv zaznamenané na záznamové médium a až neskôr ich obsluha premiestni do snímača S, ktorý je spojený s PC. Výhoda: jednoduchosť, malé náklady. Nevýhoda: potreba obsluhy a veľká doba odpovede. Schéma:

Doba odpovede: najdlhšia doma medzi vyslaním dát a vyslaním odpovede po spracovaný tých dát.

Systémy pracujúce v reálnom čase: systém pracujúci tak rýchlo, že príjem, spracovanie dát a odpoveď poskytne v tak krátkom čase, aby ešte umožňoval ovplyvnenie chovania vonk. prostredia.

Interaktívne systémy: každá otázka alebo príkaz je bezprostredne nasledovaný odpoveďou. Je to len on-line systém.  Napr. konverzačné alebo riadiace systémy.

Neinteraktívne systémy: nespracovávajú prijaté dáta okamžite, ale najčastejšie ich ukladajú do pamäte. Napr. dávkové, off-line ale i on-line systémy.

Zdieľanie času: využívanie nejakého zariadenia súčasne väčším počtom koncových účastníkov (terminálov). Môže s ním pracovať len systém on-line.

Klasifikácia systémov SD podľa oblasti ich používania: systémy zberu a distribúcie dát, informačné, konverzačné, riadiace, systémy pre prenos dát.

Štruktúra dátových správ: základným elementom je značka – je vytvorená definovanou skupinou bitov. Pri prenose sa značky združujú do blokov (desiatky až stovky značiek). Blok obsahuje vlastné dáta určené na prenos (napr. text), aj  pomocné. Tie sú najčastejšie usporiadané do záhlavia a zakončenia bloku (tvoria obálku). Sú to napr. značky pre synchronizáciu prijímača s vysielačom, prioritu, zabezpečovacie značky pre celý blok ... Dátová správa – tvorená niekoľkými desiatkami až stovkami blokov. Niekedy sa z niektorých blokov vytvárajú najprv ešte pakety:

 Usporiadanie blokov správy – formát.

Dátový signál:

-       zobrazenie dát na určitom záznamovom prostredí (napr. disketa, CD)

-       zobrazenie dát vo forme elektrického signálu (dátového spoja - dvojkový)

Modulačná rýchlosť: množstvo informácií v danom čase, úzko súvisí s rýchlosťou prenosu signálových prvkov, určuje požiadavky na frekvenčnú šírku kanála.

Prenosová rýchlosť: vyjadruje počet prvkov (bitov) dátovej správy, ktoré sme vyslali za sekundu.

prenosová rýchlosť: I1001I     modulačná: I hore, dole, dole, hore, hore I 

Schéma: terminál -–> bit/s ---> menič signálu ---> Bd (boud) ---> telekomunikačný spoj

Štruktúra sietí:

Z hľadiska vnútornej štruktúry:

-       s integrovanou komunikačnou podsieťou – uzol siete integruje úlohy komunikačné a aplikačné tj. uzol je súčasne koncovým uzlom (vysielač, prijímač) a medziuzlom sprostredkujúcim prepojenie vzdialených uzlov. Napr. LAN.

-       S oddelenou komunikačnou podsieťou – koncové uzly vykonávajú len aplikačné úlohy, vlastná komunikácia je sprostredkovaná komunikačnou podsieťou.

Pre prenos medzi uzlami siete je potrebné vytvoriť kanál. Zvyčajne je jednosmerný (opak - kruh).

Klasifikácia kanálov na základe: vzťahu medzi vlastníkom a používateľom: súkromný, verejný, prenajatý; dĺžky trvania: pevný, komutovaný; prenášaného signálu: analógový, číslicový.

Uzly možno prepojiť:

-       2-bodový spoj – medzi 2 uzlami je vytvorený priamy prenosový kanál;

-       viacbodový spoj – viaceré uzly prepojené k 1 kanálu;

-       simplexný – prenášanie dát len v 1 smere;

-       poloduplexný – dáta sa prenášajú v oboch smeroch, ale nie v tom istom čase - prepínanie

-       duplexný – dáta sa prenášajú v oboch smeroch súčasne – prekrývanie príjmu a vysielania

Uzol môže vysielať dáta: 1 uzlu, skupine uzlom alebo všetkým uzlom.

Prenosové režimy (uzol musí byť schopný riešiť synchronizáciu):

-       bitovú alebo hodinovú – určuje sa začiatok každého bitu;

-       znakovú alebo byte – určuje sa začiatok alebo koniec každého znaku alebo byte;

-       blokovú alebo rámcovú – určuje sa začiatok alebo koniec dátového bloku alebo rámca.

Spôsoby synchronizácie: asynchrónny prenos – hodiny vysielajúceho a prijímajúceho uzla sú nezávislé; a synchrónny prenos – hodiny sú v synchronizácií.

Zabezpečenie proti chybám: redundanciou (nadbytočnosťou dát) celých blokov dát –kódovaním a bezpečnostným kódom. Je dopredný (bez spätnej väzby) a spätnoväzobný prístup (napr. kontrola paritou, no najpoužívanejší je CRC kód /cez matematický vzťah/). Bezpečnostné kódy: detekčné (len detekcia chyby) a korekčné (detekcia s opravou).

Spätnoväzobné metódy: k najpoužívanejším patrí ARQ metóda – spätné väzby s potvrdeniami:

-       záporné – potvrdzuje príjem iba chybných blokov

-       kladné – potvrdzuje príjem iba bezchybných blokov

-       kladné aj záporné – potvrdzuje všetky prijaté bloky.

Každý blok má identifikačné číslo s pozíciou. Potvrdenie: samostatné – prijímač posiela potvrdenia v špeciálnych blokoch – bez vlastných dát; nesamostatné – potvrdenia sú vkladané do dátových blokov vysielaných prijímačom – výhodnejšie. 

2.Signály - klasifikácia a vlastnosti, Zdieľanie prenosového média, kódovanie a modulácia dátového signálu

V komunikačnej technike sa stretávame s radom elektrických časových priebehov rôzneho charakteru. V zásade môžeme tieto priebehy rozdeliť do dvoch kategoríí:

determinované (regulárne) priebehy, ktoré je možné matematicky vyjadriť pomocou analytickej

funkcie, čiže je možné vopred stanoviť aké okamžité hodnoty nadobudne takýto priebeh v

ľubovoľnom okamžiku,

náhodné (stochastické) priebehy, ktorých priebeh v čase je náhodný, nemôžeme ich všeobecne

matematicky vyjadriť pomocou analytickej funkcie a môžeme pracovať len s ich štatistickými

charakteristikami.

Podľa charakteru časového priebehu môžeme signály rozdeliť do nasledujúcich skupín:

- spojité signály (spojité v amplitúde a v čase),

- diskrétne signály:

• o signály diskrétne v čase (spojité v amplitúde),
• o signály diskrétne v amplitúde (spojité v čase),
• o digitálne (číslicové) signály (diskrétne v čase aj amplitúde)

Pri diaľkovom prenose signálov sa často stretávame s požiadavkou vytvoriť väčší počet prenášaných kanálov. To môžeme realizovať týmito základnými spôsobmi:

- priestorové delenie kanálov,

- frekvenčné delenie kanálov,

- časové delenie kanálov,

- kódové delenie

Zdieľanie prenosového média:

 Pokiaľ prenosové médium poskytuje väčšiu šírku pásma - väčšiu prenosovú rýchlosť ako je potrebná pre realizáciu jediného prenosového kanálu je možné médium zdieľať viacerými prenosovými kanálmi. Tam nás bude zaujímať len pevné, statické rozdelenie frekvenčného pásma alebo prenosovej kapacity, frekvenčný a časový multiplex.

Frekvenčný multiplex je založený na rozdelení pásma prenášaného médiom na oddelené frekvenčné intervaly, ktoré ďalej využívame pre vytvorenie samostatných prenosových kanálov. Pre prevod dátového signálu do daného frekvenčného pásma a spať používame modemy doplnené selektívnymi filtrami. Metóda frekvenčného multiplexu je bežne používaná pre zdieľanie širokopásmových spojov v telefónnych sieťach, jej obdobou je i viacnásobné využitie rozhlasových a televíznych pásiem. Nevýhodou frekvenčného multiplexu je potreba kvalitných a drahých filtrov, a veľké množstvo modemov.

1.            Signály - klasifikácia a vlastnosti

Komunikačná technika má viac elektrických časových priebehov rôzneho charakteru. Môžeme ich rozdeliť do 2 kategórií:

-       determinované (regulárne) priebehy – je ich možné matematicky vyjadriť pomocou analytickej funkcie  - možné stanoviť nadobudnutie okamžitých hodnôt

-       náhodné (stochastické) priebehy – priebeh v čase je náhodný, nemôžeme matematicky vyjadriť pomocou analyt. funkcie

Podľa charakteru časového priebehu:

-       spojité signály (v amplitúde a čase)

-       diskrétne (v čase – spojité v amplitúde, diskrétne v amplitúde a spojité v čase a digitálne diskrétne v čase aj amplitúde)

Pri diaľkovom prenose signálov sa často vytvára väčší počet kanálov spôsobmi:

-       priestorové delenie kanálov,

-       frekvenčné delenie kanálov,

-       časové delenie kanálov,

-       kódové delenie.

1.Základné pojmy - Informácia, správa, signál, kódovanie a modulácia

Informáciou v bežnom živote rozumieme poznatky o nejakom jave, deji alebo objekte. Tieto informácie prenášame vo forme správ. 
Pre potreby hodnotenia prenosu zavádzame matematicky definovanú (technickú) informáciu, ktorá umožňuje jednotne hodnotiť množstvo informácií v ľubovoľnej správe, posudzovať kvalitu prenosu správ a prenosových systémov.

Správa predstavuje fyzikálne vyjadrenie informácie. 
Správa v akejkoľvek forme predstavuje usporiadanú postupnosť prvkov, ktoré sú vyberané z definovanej množiny (abecedy) prvkov.

Správy delíme na:

- spojité

- diskrétne

Správy sú produkované zdrojom správ niekedy tiež nazývaným zdrojom informácií.

Signál predstavuje fyzikálne vyjadrenie správy, obyčajne vo forme zmien parametrov určitej fyzikálnej veličiny. Medzi signálom a správou nemusí byť rozdiel.

Kódovaním rozumieme operáciu, ktorou transformujeme znaky správy tvorené prvkami jednej abecedy na znaky tvorené prvkami inej abecedy. Dekódovanie je inverzná operácia.

Moduláciou rozumieme zmeny jedného z parametrov ľubovoľného fyzikálneho procesu, ktoré sú riadené iným, obyčajne prvotne získaným signálom. V procese modulácií rozoznávame tri signály:

• nosný signál
• modulačný signál
• modulovaný signál

Podľa druhu týchto signálov môžeme moduláciu rozdeliť na:

analógové modulácie:

• o lineárne - AM
• o uhlové - FM, PM

impulzové modulácie:

• o kódové (číslicové) – PCM, DM, DPCM
• o diskrétne – kľúčované – ASK, FSK, PSK
• o analógové – PAM, PDM, PPM

Použitý druh modulácie významne ovplyvňuje nielen prenosové vlastnosti ale aj celkovú technickú a ekonomickú stránku, preto je obyčajne názov systému priamo spojený s použitým druhom modulácie. Ak sa nepoužije modulácia, hovoríme o systéme s prenosom v základnom pásme. Procesom modulácie môžeme riešiť v zásade tri základné úlohy:

• prispôsobenie vlastnosti signálu prenosovým vlastnostiam použitého kanála
• zvýšenie odolnosti signálu proti pôsobeniu rôznych rušivých procesov
• vytvorenie viacnásobného prenosu v snahe čo najefektívnejšie využiť dané prenosové prostredie

Kanál je spoj vytvorený radom prenosových prostriedkov, ktorými je možné prenášať signály

určitého druhu. Kanály delíme na:

• spojité
• diskrétne
• lineárne
• nelineárne
• s konštantnými parametrami
• s premennými parametrami (rádiové kanály)

1.            Základné pojmy - Informácia, správa, signál, kódovanie a modulácia

Informácia: v bežnom živote – poznatky o nejakom jave alebo objekte

-               prenášame ich vo forme správ

-               pre potreby hodnotenia prenosu zavádzame atematicky definovanú informáciu, ktorá umožňuje jednotne hodnotiť množstvo informácií v ľubovoľnej správe a posudzovať kvalitu prenosu správ a prenosových systémov

Správa: predstavuje fyzikálne vyjadrenie informácie.

-       je to usporiadaná postupnosť prvkov, ktoré sú vyberané z definovanej množiny prvkov

-       sú produkované zdrojom správ

-       spojité a diskrétne

Signál: fyzikálne vyjadrenie správy, obyčajne vo forme zmien parametrov určitej fyzikálnej veličiny. Medzi signálom a správou nemusí byť rozdiel.

Kódovanie: operácia, ktorou transformujeme znaky správy tvorené prvkami jednej abecedy na znaky tvorené prvkami inej abecedy.  – opak: dekódovanie

Modulácia: zmeny jedného z parametrov ľubovoľného fyzikálneho procesu, ktoré sú riadené iným, obyčajne prvotne získaným signálom.

Riešime ňou úlohy:

-       prispôsobenie vlastnosti signálu prenosovým vlastnostiam kanála

-       zvýšenie odolnosti signálu proti pôsobeniu rôznych rušivých procesov

-       vytvorenie viacnásobného prenosu v snahe čo najefektívnejšie využiť dané prenosové prostredie

Rozoznávame: nosný signál, modulačný signál, modulovaný signál.

Podľa druhu signálu: analógové modulácie (lineárne – FM, AM; uhlové – FM, PM) a impulzové (číslicové - PCM , kľúčované – ASK, PSK, a analógové – PAM, PDM, PPM)