الأنواع الرئيسية لخطوط الاتصال. خط الاتصال المادي المخصص ما هي خطوط الاتصال المادية

يتكون خط الاتصال (الشكل 3.7) بشكل عام من وسيط مادي يتم من خلاله إرسال إشارات المعلومات الكهربائية ومعدات نقل البيانات والمعدات الوسيطة. مرادف لمصطلح "خط اتصال" هو مصطلح "قناة اتصال".

أرز. 3.7 تكوين خط الاتصال

الوسيط المادي لنقل البيانات عبارة عن كبل ، أي مجموعة من الأسلاك والأغلفة والموصلات العازلة والحماية ، بالإضافة إلى الغلاف الجوي للأرض أو الفضاء الخارجي ، الذي تنتشر من خلاله الموجات الكهرومغناطيسية.

اعتمادًا على وسيط نقل البيانات ، تنقسم خطوط الاتصال (الشكل 3.8) إلى:

سلكي (محمول جوا) ؛

الكابلات (النحاس والألياف الضوئية) ؛

قنوات الراديو الأرضية و اتصالات الأقمار الصناعية.

أرز. 3.8 أنواع خطوط الاتصال

خطوط الاتصال السلكية (العلوية) هي أسلاك بدون أي ضفائر عازلة أو غربلة ، توضع بين القطبين وتتدلى في الهواء. عادةً ما تحمل خطوط الاتصال هذه إشارات الهاتف أو التلغراف ، ولكن في حالة عدم وجود احتمالات أخرى ، تُستخدم هذه الخطوط أيضًا لنقل بيانات الكمبيوتر. إن مناعة السرعة والضوضاء لهذه الخطوط تترك الكثير مما هو مرغوب فيه. اليوم ، يتم استبدال خطوط الاتصال السلكية بسرعة بخطوط الكابلات.

خطوط الكابلات هي بنية معقدة نوعًا ما. يتكون الكبل من موصلات محاطة بعدة طبقات من العزل: كهربائية ، وكهرومغناطيسية ، وميكانيكية ، وربما مناخية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تزويد الكبل بموصلات تتيح لك الاتصال بسرعة بمعدات مختلفة. الخامس شبكات الحاسبهناك ثلاثة أنواع رئيسية من الكابلات المستخدمة: الكابلات النحاسية المزدوجة المجدولة ، والكابلات المحورية مع الموصلات النحاسية ، وكابلات الألياف البصرية.

يسمى زوج الأسلاك الملتوية زوجًا ملتويًا. يوجد الزوج الملتوي في شكل محمي (STP) حيث يتم لف زوج من الأسلاك النحاسية في درع عازل وغير محمي (UTP) عندما لا يكون هناك غلاف عازل. يقلل التواء الأسلاك من تأثير الضوضاء الخارجية على الإشارات المطلوبة المرسلة عبر الكابل. يحتوي الكابل المحوري على هيكل غير متوازن ويتكون من موصل نحاسي داخلي وجديلة مفصولة عن الموصل بطبقة عازلة. هناك عدة أنواع كابل متحد المحور، تختلف في الخصائص ومجالات التطبيق - للشبكات المحلية ، للشبكات العالمية ، من أجل الكيبل التلفزيوني... يتكون كابل الألياف الضوئية من ألياف رفيعة (5-60 ميكرون) تنتشر من خلالها الإشارات الضوئية. هذا نوع أفضل من الكابلات - فهو يوفر نقل البيانات بسرعة عالية جدًا (تصل إلى 10 جيجابت / ثانية وأعلى) ، علاوة على ذلك ، فهو أفضل من الأنواع الأخرى من وسائط النقل ، فهو يوفر حماية البيانات من التداخل الخارجي.

تتشكل القنوات الراديوية للاتصالات الأرضية والأقمار الصناعية باستخدام جهاز إرسال واستقبال لموجات الراديو. يوجد عدد كبير من الأنواع المختلفة لقنوات الراديو ، تختلف في كل من نطاق التردد المستخدم ونطاق القناة. توفر نطاقات الطول الموجي القصيرة والمتوسطة والطويلة (KB و CB و LW) ، والتي تسمى أيضًا نطاقات تعديل السعة (AM) بعد نوع تعديل الإشارة المستخدم فيها ، اتصالاً بعيد المدى ، ولكن بمعدل بيانات منخفض. المزيد من القنوات عالية السرعة هي القنوات التي تعمل في نطاقات الموجات فائقة القصر (VHF) ، والتي تتميز بتشكيل التردد (FM) ، وكذلك في نطاقات الموجات الدقيقة. في نطاق الموجات الصغرية (أكثر من 4 جيجاهرتز) ، لم تعد الإشارات تنعكس على طبقة الأيونوسفير للأرض. يتطلب الاتصال المستقر وجود خط رؤية بين المرسل والمستقبل. لذلك ، تستخدم هذه الترددات إما القنوات الفضائية أو قنوات الراديو ، حيث يتم استيفاء هذا الشرط.

في شبكات الكمبيوتر ، يتم استخدام جميع الأنواع الموصوفة تقريبًا اليوم. البيئات الماديةنقل البيانات ، ولكن أكثرها واعدة هي الألياف البصرية. اليوم ، يتم استخدامها كأساس لبناء الطرق السريعة للشبكات الإقليمية الكبيرة ، وكذلك خطوط الاتصال عالية السرعة للشبكات المحلية. يعتبر Twisted pair أيضًا وسيطًا شائعًا يتميز بنسبة ممتازة من الجودة إلى التكلفة وسهولة التركيب. تُستخدم كبلات الزوج الملتوية عادةً لتوصيل المستخدمين النهائيين للشبكات على مسافات تصل إلى 100 متر من المحور. تُستخدم القنوات الفضائية والاتصالات اللاسلكية في أغلب الأحيان في الحالات التي لا يمكن فيها استخدام الاتصالات الكبلية - على سبيل المثال ، عندما تمر القناة عبر منطقة قليلة السكان أو للتواصل مع مستخدم المحمولالشبكات ، مثل سائق شاحنة ، طبيب يقوم بجولة.

تنقسم الأنواع الرئيسية لخطوط الاتصال إلى سلكية ولاسلكية. في خطوط الاتصال السلكية ، تشكل الوسيلة المادية التي تنتشر من خلالها الإشارات رابطًا ميكانيكيًا بين المستقبل والمرسل. تتميز خطوط الاتصال اللاسلكي بحقيقة عدم وجود اتصال ميكانيكي بين المرسل والمستقبل ، وحامل المعلومات عبارة عن موجات كهرومغناطيسية تنتشر في البيئة.

خطوط اتصالات سلكية

حسب ميزات التصميم ، تنقسم خطوط الأسلاك إلى:

أسلاك الهواء ، وهي أسلاك بدون أي أغلفة عازلة أو واقية ، توضع بين القطبين وتتدلى في الهواء ؛
الكابلات ، التي تتكون من موصلات ، عادة ما تكون محاطة بعدة طبقات من العزل.

عادةً ما تحمل خطوط الاتصال العلوية إشارات الهاتف أو التلغراف ، ولكن في حالة عدم وجود إمكانات أخرى ، تُستخدم هذه الخطوط لنقل بيانات الكمبيوتر. إن خصائص السرعة والحصانة من الضوضاء لهذه الخطوط تترك الكثير مما هو مرغوب فيه. يتم استبدال خطوط الاتصال السلكية بسرعة بخطوط الكابلات.

تنقسم خطوط الاتصالات الكهربائية للكابلات إلى ثلاثة أنواع رئيسية: كبل يعتمد على أزواج ملتوية من الأسلاك النحاسية ، وكابل متحد المحور بنواة نحاسية ، وأيضًا كبل ألياف بصرية.

يسمى زوج الأسلاك الملتوية زوجًا ملتويًا. الأسلاك ملتوية لإزالة التأثير المتبادل بين التيارات الكهربائية في الموصلات. يوجد الزوج الملتوي في نسخة محمية حيث يتم لف زوج من الأسلاك النحاسية في درع عازل وغير محمي في حالة عدم وجود غلاف عازل. يتم تجميع واحد أو أكثر من الأزواج الملتوية في كبلات ذات غلاف واقٍ.

يحتوي الزوج الملتوي غير المحمي على مجموعة واسعة من التطبيقات. يتم استخدامه في كل من شبكات الهاتف والكمبيوتر. حاليًا ، يعد كبل UTP وسيلة شائعة لنقل المعلومات عبر مسافات قصيرة [حوالي 100 متر] تنقسم الكابلات المزدوجة الملتوية إلى 5 فئات اعتمادًا على الخصائص الكهربائية والميكانيكية. في شبكات الكمبيوتر ، يتم استخدام الكابلات من 3 و 5 فئات على نطاق واسع ، والتي تم وصفها في المعيار الأمريكي EIA / TIA-568A.

تم تصميم كبل الفئة 3 لنقل البيانات بسرعة منخفضة. بالنسبة لذلك ، يتم تحديد التوهين بتردد 16 ميجاهرتز ويجب أن يكون 13.1 ديسيبل على الأقل بطول كابل يبلغ 100 متر. يتميز كبل الزوج الملتوي من الفئة 5 بتوهين لا يقل عن 22 ديسيبل لتردد 100 ميغا هرتز بطول كابل لا يزيد عن 100 متر. تم اختيار التردد 100 ميجاهرتز لأن كبل الفئة هذا مصمم لنقل البيانات عالي السرعة ، والتي تحتوي إشاراتها على توافقيات مهمة عند تردد حوالي 100 ميجاهرتز.

تتوفر جميع كبلات UTP ، بغض النظر عن فئتها ، في تصميم مكون من 4 أزواج. كل من الأزواج الأربعة له لون ودرجة محددة. تشمل مزايا كابل UTP ما يلي:

مرونة الكبل ، بسبب تبسيط تركيب خط الاتصال ؛
منخفضة التكلفة مع نطاق ترددي عالٍ بدرجة كافية [حتى 1 جيجابت في الثانية].

عيوب كبل الزوج الملتوي غير المحمي هي:

مناعة منخفضة الضوضاء
حد صعب على طول الكابل.

يحمي زوج STP المحمي الملتوي جيدًا الإشارات المرسلة من التداخل ، كما أنه يصدر موجات كهرومغناطيسية أقل في الخارج. ومع ذلك ، فإن وجود درع أرضي يزيد من تكلفة الكابل ويعقد وضعه ، لأنه يتطلب تأريض عالي الجودة. يستخدم كبل STP بشكل أساسي لنقل المعلومات المنفصلة ، ولا ينتقل الصوت عبره.

المعيار الرئيسي الذي يحدد معلمات STP هو المعيار الخاص بشركة IBM. في هذا المعيار ، لا يتم تقسيم الكابلات إلى فئات ، ولكن إلى أنواع. النوع 1 يطابق تقريبًا فئة UTP 5. ويتكون من زوجين من الأسلاك النحاسية المجدولة ، المحمية بجديلة موصلة ، وهي مؤرضة. كابل نوع IBM 2 هو كبل من النوع 1 مع 2 أزواج من الأسلاك الصوتية غير المحمية. ليست كل أنواع معايير IBM هي STP.

يتكون الكبل متحد المحور من موصلين متحد المركزين معزولين عن بعضهما البعض ، ويشبه الأنبوب الخارجي الشكل. بسبب هذا التصميم ، يكون الكابل المحوري أقل عرضة للتأثيرات الكهرومغناطيسية الخارجية ، لذلك يمكن استخدامه بمعدلات نقل بيانات أعلى. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لللب المركزي السميك نسبيًا ، تتميز هذه الكابلات بأقل قدر من التوهين للإشارة الكهربائية ، مما يسمح بنقل المعلومات عبر مسافات طويلة بدرجة كافية. يمكن أن يكون عرض النطاق الترددي للكابل المحوري أكبر من 1 جيجاهرتز / كم والتوهين أقل من 20 ديسيبل / كم عند 1 جيجاهرتز.

هناك العديد من أنواع الكابلات المحورية المستخدمة في أنواع مختلفة من الشبكات - الهاتف والتلفزيون والكمبيوتر. هناك نوعان من الكابلات المستخدمة في شبكات المنطقة المحلية: كبل محوري رفيع وكابل متحد المحور سميك.

يبلغ قطر الكابل المحوري الرقيق حوالي 5 مم وقطر السلك النحاسي المركزي 0.89 مم. تم تصميم هذا الكبل لنقل الإشارات بنطاق يصل إلى 10 ميجاهرتز على مسافة تصل إلى 185 مترًا.

يبلغ قطر الكابل المحوري السميك حوالي 10 مم ، وقطر السلك النحاسي المركزي 2.17 مم. تم تصميم هذا الكبل لنقل الإشارات بطيف يصل إلى 10 ميجاهرتز على مسافة 500 متر.

يتميز الكبل المحوري الرقيق بخصائص ميكانيكية وكهربائية رديئة مقارنة بالكابل المحوري السميك ، ولكن نظرًا لمرونته ، فهو أكثر ملاءمة للتثبيت.

يعد الكبل المحوري أغلى بعدة مرات من كبل الزوج الملتوي ، ومن حيث الخصائص فهو أدنى ، على وجه الخصوص ، من كبل الألياف الضوئية ، وبالتالي فهو أقل استخدامًا عند إنشاء نظام اتصال لشبكات الكمبيوتر.

تتكون كابلات الألياف الضوئية من موصل المركزضوء [لب] - ليف زجاجي محاط بطبقة أخرى من الزجاج - كسوة ذات معامل انكسار أقل من اللب. تنتشر أشعة الضوء على طول النواة ، ولا تتجاوز حدودها ، حيث تنعكس من الغلاف. تنقل كل ألياف زجاجية إشارات في اتجاه واحد فقط.

اعتمادًا على توزيع معامل الانكسار وحجم قطر النواة ، هناك:

الألياف متعددة الأنماط مع مؤشر الانكسار المتدرج ؛
الألياف المتعددة مع تغيير سلسمعامل الانكسار
وضع واحد من الألياف.

يستخدم الكبل أحادي الوضع موصلًا مركزيًا بقطر صغير جدًا يتناسب مع الطول الموجي للضوء - من 5 إلى 10 ميكرون. في هذه الحالة ، تنتشر جميع الأشعة عمليًا على طول المحور البصري لللب دون أن تنعكس من الكسوة. عرض النطاق الترددي للكابل أحادي الوضع عريض جدًا - يصل إلى مئات الجيجاهيرتز لكل كيلومتر. يعد صنع ألياف عالية الجودة لكابل أحادي الوضع أمرًا صعبًا العملية التكنولوجيةمما يجعل الكابل مكلفًا للغاية.

تستخدم الكابلات متعددة الأوضاع نوى داخلية أوسع يسهل تصنيعها. تحدد المعايير اثنين من أكثر الكابلات متعددة الوسائط شيوعًا: 62.5 / 125 ميكرومتر و 50/125 ميكرومتر ، 62.5 ميكرومتر أو 50 ميكرومتر هو قطر الموصل المركزي ، و 125 ميكرومتر هو قطر الموصل الخارجي.

في الكابلات متعددة الأوضاع ، توجد عدة أشعة ضوئية في الموصل الداخلي في نفس الوقت ترتد عن الموصل الخارجي. زاوية انعكاس الموصل تسمى وضع الشعاع. تتمتع الكابلات متعددة الأوضاع بعرض نطاق أضيق - من 500 إلى 800 ميجاهرتز / كم. يحدث تضييق النطاق بسبب فقدان الطاقة الضوئية أثناء الانعكاسات ، وكذلك بسبب تداخل الحزم ذات الأنماط المختلفة.

تُستخدم المصادر التالية كمصادر انبعاث ضوئي في كابلات الألياف الضوئية:

المصابيح.
الليزر.

يمكن أن تنبعث مصابيح LED بأطوال موجية تبلغ 0.85 و 1.3 ميكرون. تعمل بواعث الليزر بأطوال موجية 1.3 و 1.55 ميكرون. تسمح سرعة الليزر الحديث بتعديل تدفق الضوء عند ترددات تبلغ 10 جيجاهرتز وما فوق.

تتمتع كابلات الألياف الضوئية بخصائص كهرومغناطيسية وميكانيكية ممتازة ، ومن عيوبها التعقيد والتكلفة العالية لأعمال التركيب.

خطوط الاتصال اللاسلكي

يوفر الجدول معلومات عن نطاقات التردد الكهرومغناطيسية المستخدمة في قنوات الاتصال اللاسلكي.

تتشكل القنوات الراديوية للاتصالات الأرضية والأقمار الصناعية باستخدام جهاز إرسال واستقبال لموجات الراديو. موجات الراديو هي تذبذبات كهرومغناطيسية بتردد أقل من 6000 جيجاهرتز [بطول موجة أكبر من 100 ميكرون]. العلاقة بين الطول الموجي والتردد معطاة

f = c / lambda حيث c = 3 * 10 8 m / s هي سرعة الضوء في الفراغ.

لنقل المعلومات ، يتم استخدام الاتصال اللاسلكي بشكل أساسي عندما يكون الاتصال الكبلي مستحيلًا - على سبيل المثال:

عندما تمر القناة عبر منطقة قليلة السكان أو يصعب الوصول إليها ؛
للاتصال مشتركي الهاتف المحمولمثل سائق سيارة أجرة وطبيب سيارة إسعاف.

العيب الرئيسي للاتصالات اللاسلكية هو ضعف مناعة الضوضاء. ينطبق هذا بشكل أساسي على نطاقات الموجات اللاسلكية منخفضة التردد. كلما زاد تردد التشغيل ، زادت سعة [عدد القنوات] لنظام الاتصال ، ولكن تقصر حدود المسافة التي يمكن عندها الإرسال المباشر بين نقطتين. يؤدي السبب الأول إلى الميل إلى إتقان نطاقات تردد أعلى جديدة. ومع ذلك ، فإن موجات الراديو التي يزيد ترددها عن 30 جيجاهرتز قابلة للتطبيق على مسافات لا تزيد عن 5 كم أو في حدود 5 كم بسبب امتصاص موجات الراديو في الغلاف الجوي.

للإرسال عبر مسافات طويلة ، تُستخدم سلسلة من محطات الترحيل الراديوي ، مفصولة عن بعضها البعض على مسافة تصل إلى 40 كم. تحتوي كل محطة على برج به مستقبل وجهاز إرسال لموجات الراديو ، وتستقبل إشارة وتضخيمها وتنقلها إلى المحطة التالية. تستخدم الهوائيات الاتجاهية لزيادة قوة الإشارة وتقليل تأثير التداخل.

يختلف الاتصال عبر الأقمار الصناعية عن مرحل الراديو في أن القمر الصناعي الأرضي الصناعي يعمل كمكرر. يوفر هذا النوع من الاتصال جودة أعلى للمعلومات المرسلة لأنه يتطلب عددًا أقل من العقد الوسيطة على طول مسار نقل المعلومات. غالبًا ما يتم استخدام مزيج من اتصالات ترحيل الراديو مع القمر الصناعي.

تستخدم الأشعة تحت الحمراء والموجة المليمترية على مسافات قصيرة في وحدات التحكم عن بعد. العيب الرئيسي للإشعاع في هذا النطاق هو أنه لا يمر عبر عقبة. هذا العيب هو في نفس الوقت ميزة عندما لا يتداخل الإشعاع في غرفة ما مع الإشعاع في غرفة أخرى. ليست هناك حاجة للحصول على إذن لهذا التردد. إنها قناة اتصال ممتازة للاستخدام الداخلي.

النطاق المرئي يستخدم أيضًا للإرسال. عادةً ما يكون مصدر الضوء هو الليزر. يتم تركيز الإشعاع المتماسك بسهولة. ومع ذلك ، فإن المطر أو الضباب يفسد الأمر. حتى التيارات الحرارية على السطح التي تحدث في يوم حار يمكن أن تفسد ناقل الحركة.

في شبكات الكمبيوتر ، يتم استخدام الهاتف والتلغراف والتلفزيون وشبكات الاتصال عبر الأقمار الصناعية. تستخدم القنوات الراديوية السلكية (الهوائية) والكابلات والأرضية والأقمار الصناعية كخطوط اتصال. يتم تحديد الفرق بينهما بواسطة وسيط نقل البيانات. يمكن أن يكون الوسيط المادي لنقل البيانات عبارة عن كابل ، وكذلك الغلاف الجوي للأرض أو الفضاء الخارجي ، الذي تنتشر من خلاله الموجات الكهرومغناطيسية.

خطوط اتصال سلكية (علوية)- هذه الأسلاك بدون عزل أو غربلة الضفائر ، توضع بين القطبين وتتدلى في الهواء. تقليديا ، يتم استخدامها لنقل إشارات الهاتف والتلغراف ، ولكن في حالة عدم وجود احتمالات أخرى ، يتم استخدامها لنقل بيانات الكمبيوتر. تتميز خطوط الاتصال السلكية بنطاق ترددي منخفض ومناعة منخفضة للضوضاء ، لذلك يتم استبدالها بسرعة بخطوط الكابلات.

خطوط الكابلاتتشمل كبلًا يتكون من موصلات مع عزل في عدة طبقات - كهربائية ، وكهرومغناطيسية ، وميكانيكية ، وموصلات لتوصيل المعدات المختلفة به. في KS ، يتم استخدام ثلاثة أنواع من الكابلات بشكل أساسي: كبل يعتمد على أزواج ملتوية من الأسلاك النحاسية (هذا زوج مجدول في نسخة محمية ، عندما يتم لف زوج من الأسلاك النحاسية في شاشة عازلة ، وغير محمي ، عندما يكون هناك لا غلاف عازل) ، كبل متحد المحور (يتكون من موصل نحاسي داخلي وجديلة مفصولة عن القلب بطبقة عازلة) وكابل ألياف ضوئية (يتكون من ألياف رفيعة - بحجم 5-60 ميكرون تنتشر من خلالها الإشارات الضوئية ).

تتمتع الألياف الضوئية بأفضل أداء بين خطوط اتصال الكابلات. مزاياها الرئيسية: سرعة نقل عالية (تصل إلى 10 جيجابت / ثانية وما فوق) ، بسبب استخدام الموجات الكهرومغناطيسية في النطاق البصري ؛ عدم الحساسية للمجالات الكهرومغناطيسية الخارجية وغياب الإشعاع الكهرومغناطيسي الخاص بها ، وانخفاض كثافة اليد العاملة لمد كابل بصري ؛ الشرارة والانفجار والسلامة من الحرائق ؛ زيادة المقاومة للبيئات العدوانية ؛ الثقل النوعي الصغير (نسبة الكتلة الخطية إلى عرض النطاق الترددي) ؛ مجالات واسعة للتطبيق (إنشاء طرق سريعة للوصول العام ، وأنظمة اتصالات الكمبيوتر مع ملحقاتالشبكات المحلية ، في تكنولوجيا المعالجات الدقيقة ، وما إلى ذلك).

عيوب FOCLs: توصيل أجهزة كمبيوتر إضافية بالألياف الضوئية يضعف الإشارة بشكل كبير ، ولا تزال أجهزة المودم عالية السرعة المطلوبة للألياف الضوئية باهظة الثمن ، ويجب أن تكون الألياف الضوئية التي تربط أجهزة الكمبيوتر مزودة بمحولات للإشارات الكهربائية إلى إشارات ضوئية والعكس صحيح.

القنوات الإذاعية للاتصالات الأرضية والأقمار الصناعيةتم إنشاؤها بواسطة جهاز إرسال واستقبال لموجات الراديو. تختلف الأنواع المختلفة من قنوات الراديو في نطاق التردد المستخدم ونطاق الإرسال. توفر قنوات الراديو التي تعمل في نطاقات الموجات القصيرة والمتوسطة والطويلة (HF ، SV ، DV) اتصالاً بعيد المدى ، ولكن بمعدل بيانات منخفض. هذه هي قنوات الراديو التي تستخدم تعديل اتساع الإشارات. القنوات التي تعمل على نطاقات الموجات فائقة القصر (VHF) أسرع ، وتتميز بتشكيل التردد للإشارات. القنوات فائقة السرعة هي تلك التي تعمل في نطاقات الترددات الفائقة (UHF) ، أي التي تزيد عن 4 جيجاهرتز. في نطاق الموجات الصغرية ، لا تنعكس الإشارات في طبقة الأيونوسفير للأرض ، لذلك يلزم وجود خط رؤية بين المرسل والمستقبل للاتصال المستقر. لهذا السبب ، يتم استخدام إشارات الميكروويف إما في القنوات الفضائية أو في مرحلات الراديو ، حيث يتم استيفاء هذا الشرط.

خصائص خط الاتصال... تشمل الخصائص الرئيسية لخطوط الاتصال ما يلي: استجابة التردد ، وعرض النطاق الترددي ، والتوهين ، وعرض النطاق الترددي ، والحصانة من الضوضاء ، والتداخل في نهاية الخط القريب ، وموثوقية نقل البيانات ، وتكلفة الوحدة.

غالبًا ما يتم تحديد خصائص خط الاتصال من خلال تحليل ردود أفعاله على بعض التأثيرات المرجعية ، وهي تذبذبات جيبية ذات ترددات مختلفة ، نظرًا لأنها غالبًا ما توجد في التكنولوجيا ويمكن بمساعدتها تمثيل أي وظيفة زمنية. يتم تقدير درجة تشوه الإشارات الجيبية لخط اتصال باستخدام استجابة التردد وعرض النطاق والتوهين عند تردد معين.

استجابة التردد(AFC) يعطي الصورة الأكثر اكتمالا لخط الاتصال ، ويوضح كيف يتم تخفيف اتساع الجيب عند خرج الخط مقارنة بالسعة عند إدخاله لجميع الترددات الممكنة للإشارة المرسلة (بدلاً من الإشارة السعة ، غالبًا ما تستخدم قوتها). وبالتالي ، تسمح لك استجابة التردد بتحديد شكل إشارة الخرج لأي إشارة دخل. ومع ذلك ، من الصعب للغاية الحصول على استجابة التردد لخط اتصال حقيقي ، وبالتالي ، من الناحية العملية ، يتم استخدام خصائص مبسطة أخرى بدلاً من ذلك - عرض النطاق والتوهين.

عرض النطاق الترددي للاتصالاتهو نطاق تردد مستمر تتجاوز فيه نسبة اتساع إشارة الخرج إلى إشارة الدخل حدًا محددًا مسبقًا (عادة 0.5). وبالتالي ، فإن عرض النطاق يحدد مدى التردد لإشارة الموجة الجيبية التي يتم فيها إرسال هذه الإشارة عبر خط الاتصال دون تشويه كبير. عرض النطاق الترددي الذي له أكبر تأثير على أقصى معدل ممكن لنقل البيانات عبر خط الاتصال هو الفرق بين الترددات القصوى والدنيا للإشارة الجيبية في عرض نطاق معين. يعتمد عرض النطاق الترددي على نوع الخط وطوله.

يجب التمييز بين النطاق الترددي و عرض الطيفإشارات المعلومات المرسلة. عرض الطيف للإشارات المرسلة هو الفرق بين الحد الأقصى والأدنى لتوافقيات الإشارة المهمة ، أي تلك التوافقيات التي تقدم المساهمة الرئيسية للإشارة الناتجة. إذا كانت توافقات الإشارة الهامة تقع ضمن عرض النطاق الترددي للخط ، فسيتم إرسال هذه الإشارة واستقبالها بواسطة جهاز الاستقبال دون تشويه. خلاف ذلك ، سيتم تشويه الإشارة ، وسوف يخطئ المستقبل عند التعرف على المعلومات ، وبالتالي ، لن تكون المعلومات قادرة على الإرسال مع عرض النطاق الترددي المحدد.

توهينهو الانخفاض النسبي في سعة الإشارة أو قوتها عند إرسال إشارة بتردد معين عبر الخط.

يتم قياس التوهين أ بالديسيبل (ديسيبل ، ديسيبل) ويتم حسابه بالصيغة:

حيث Рвх، Рвх - قوة الإشارة عند خرج ومدخل الخط ، على التوالي.

للحصول على تقدير تقريبي لتشوه الإشارات المرسلة عبر الخط ، يكفي معرفة توهين إشارات التردد الأساسي ، أي التردد الذي يمتلك التوافقي اتساعًا وقدرة أكبر. يمكن إجراء تقدير أكثر دقة مع معرفة التوهين عند عدة ترددات قريبة من الأساسي.

قدرة خط الاتصال- هذه هي خصائصه ، التي تحدد (مثل عرض النطاق الترددي) أقصى معدل ممكن لنقل البيانات عبر الخط. يتم قياسه بالبت في الثانية (بت / ثانية) وأيضًا بالوحدات المشتقة (Kbps ، Mbps ، Gbps).

يعتمد صبيب خط الاتصال على خصائصه (استجابة التردد وعرض النطاق والتوهين) وعلى طيف الإشارات المرسلة ، والتي تعتمد بدورها على الطريقة المختارة للتشفير المادي أو الخطي (أي على طريقة تمثيل منفصل المعلومات في شكل إشارات). بالنسبة لإحدى طرق التشفير ، قد يكون للخط عرض نطاق ترددي ، وبالنسبة لطريقة أخرى.

عند الترميز ، عادةً ما يتم استخدام تغيير في أي معلمة للإشارة الدورية (على سبيل المثال ، التذبذبات الجيبية) - التردد والسعة والمرحلة للجيوب الأنفية ، أو علامة احتمال سلسلة من النبضات. تسمى الإشارة الدورية ، التي تتغير معلماتها ، بإشارة الناقل أو تردد الموجة الحاملة إذا تم استخدام الجيب الجيبي كإشارة. إذا لم يغير الجيب المستلم أيًا من معلماته (السعة أو التردد أو الطور) ، فلن يحمل أي معلومات.

يتم قياس عدد التغييرات في معلمة المعلومات للإشارة الدورية للناقل في الثانية (بالنسبة للجيوب الأنفية ، هذا هو عدد التغييرات في السعة أو التردد أو الطور) بالباود. تسمى دورة المرسل الفترة الزمنية بين التغييرات المتجاورة في إشارة المعلومات.

بشكل عام ، عرض النطاق الترددي للخط بالبتات في الثانية ليس هو نفسه معدل البث بالباود. اعتمادًا على طريقة التشفير ، يمكن أن يكون أعلى أو يساوي أو أقل من رقم الباود. إذا ، على سبيل المثال ، باستخدام طريقة التشفير هذه ، يتم تمثيل قيمة بت واحد بواسطة نبضة قطبية موجبة ، ويتم تمثيل القيمة الصفرية بنبضة قطبية سالبة ، ثم عند إرسال بتات متغيرة بالتناوب (لا توجد سلسلة من بتات من نفس الاسم) إشارة جسديةأثناء إرسال كل بتة ، فإنها تغير حالتها مرتين. لذلك ، باستخدام هذا التشفير ، يكون معدل نقل الخط أقل مرتين من عدد البث بالباود الذي يتم إرساله عبر الخط.

عرض النطاق الترددي للخط لا يتأثر فقط بالجسم المادي ، ولكن أيضًا بما يسمى منطقيالترميز ، الذي يتم إجراؤه قبل الترميز المادي ويتكون من استبدال التسلسل الأصلي لبتات المعلومات بتسلسل جديد من البتات التي تحمل نفس المعلومات ، ولكن لها خصائص إضافية (على سبيل المثال ، قدرة الجانب المتلقي على اكتشاف الأخطاء في البيانات المستلمة أو لضمان سرية البيانات المرسلة عن طريق تشفيرها). يُصاحب التشفير المنطقي ، كقاعدة عامة ، استبدال تسلسل البت الأصلي بتسلسل أطول ، مما يؤثر سلبًا على وقت الإرسال. معلومات مفيدة.

هناك شيء معين الرابط بين عرض النطاق الترددي لخط ما وعرض النطاق الترددي الخاص به... باستخدام طريقة التشفير المادي الثابت ، تزداد سعة الخط مع زيادة تواتر الإشارة الدورية للناقل ، حيث أن هذه الزيادة مصحوبة بزيادة في المعلومات المرسلة لكل وحدة زمنية. ولكن مع زيادة تردد هذه الإشارة ، يزداد عرض طيفها أيضًا ، والذي ينتقل بتشوهات يحددها عرض النطاق الترددي للخط. وكلما زاد التباين بين عرض النطاق الترددي للخط وعرض النطاق الترددي لإشارات المعلومات المرسلة ، زاد تعرض الإشارات للتشويه وزادت احتمالية حدوث أخطاء في التعرف على المعلومات بواسطة جهاز الاستقبال. نتيجة لذلك ، تبين أن سرعة نقل المعلومات أقل مما قد يتوقعه المرء.

أنشأ كلود شانون علاقة بين عرض النطاق الترددي لخط ما وأقصى عرض نطاق ممكن له ، بغض النظر عن طريقة التشفير المادي المعتمدة:

أين مع- الحد الأقصى لسرعة الخط (بت / ثانية) ؛

F- عرض النطاق الترددي للخط (هرتز) ؛

- قوة إشارة مفيدة ؛

- قوة الضوضاء (التداخل).

على النحو التالي من هذه العلاقة ، لا يوجد حد نظري لعرض النطاق الترددي لخط النطاق الترددي الثابت. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، من الصعب والمكلف زيادة سعة الخط عن طريق زيادة قدرة المرسل بشكل كبير أو تقليل قوة الضوضاء على الخط. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تأثير هذه القدرات على الإنتاجية مقيد ليس بعلاقة تناسبية مباشرة ، ولكن بعلاقة لوغاريتمية.

أكبر الاستخدام العمليحصلت على النسبة التي وجدها نيكويست:

أين م- عدد الحالات المختلفة لمعلمة المعلومات للإشارة المرسلة.

لا تأخذ نسبة Nyquist ، التي تُستخدم أيضًا لتحديد أقصى عرض نطاق ممكن لخط اتصال ، في الحسبان صراحة وجود ضوضاء على الخط. ومع ذلك ، ينعكس تأثيرها بشكل غير مباشر في اختيار عدد حالات إشارة المعلومات. على سبيل المثال ، لزيادة صبيب الخط ، كان من الممكن عدم استخدام 2 أو 4 سويات عند تشفير البيانات ، ولكن 16. ولكن إذا تجاوز اتساع الضوضاء الفرق بين المستويات الـ 16 المجاورة ، فلن يكون المستقبِل قادر على التعرف بثبات على البيانات المرسلة. لذلك ، فإن عدد حالات الإشارة الممكنة مقيد بالفعل بنسبة قوة الإشارة إلى الضوضاء.

باستخدام صيغة Nyquist ، يتم تحديد القيمة المحددة لسعة القناة للحالة عندما يكون عدد حالات إشارة المعلومات قد تم تحديده بالفعل مع مراعاة إمكانيات التعرف المستقر عليها بواسطة جهاز الاستقبال.

مناعة خط الاتصالهي قدرتها على تقليل مستوى التداخل الناتج في البيئة الخارجية على الموصلات الداخلية. يعتمد على نوع الوسيط المادي المستخدم ، وعلى وسائل الفرز وقمع التداخل. الأكثر مقاومة للضوضاء ، وغير حساسة للإشعاع الكهرومغناطيسي الخارجي ، هي خطوط الألياف الضوئية ، وأقلها مقاومة للضوضاء هي خطوط الراديو ، وتشغل خطوط الكابلات الموضع المتوسط. يتم تقليل التداخل الناجم عن الإشعاع الكهرومغناطيسي الخارجي عن طريق غربلة ولف الموصلات.

2.1. أنواع خطوط الاتصال

يتكون خط الاتصال بشكل عام من وسيط مادي يتم من خلاله إرسال إشارات المعلومات الكهربائية ومعدات نقل البيانات والمعدات الوسيطة. مرادف للمصطلح خط الاتصالهو المصطلح قناة الاتصال.

أرز. 1.1تكوين خط الاتصال

وسيط الإرسال المادي

وسيط الإرسال المادي (متوسط)يمكن أن يكون كبلًا ، أي مجموعة من الأسلاك والسترات والوصلات العازلة والحماية ، وكذلك الغلاف الجوي للأرض أو الفضاء الخارجي الذي تنتشر من خلاله الموجات الكهرومغناطيسية.

اعتمادًا على وسيط نقل البيانات ، تنقسم خطوط الاتصال إلى ما يلي:

· سلك (هوائي) ؛

· الكابلات (النحاس والألياف الضوئية) ؛

خطوط الكابلاتتمثل تصميمًا معقدًا نوعًا ما. يتكون الكبل من موصلات محاطة بعدة طبقات من العزل: كهربائية ، وكهرومغناطيسية ، وميكانيكية ، وربما مناخية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تزويد الكبل بموصلات تتيح لك الاتصال بسرعة بمعدات مختلفة. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الكابلات المستخدمة في شبكات الكمبيوتر: الكابلات النحاسية المزدوجة المجدولة ، والكابلات النحاسية المحورية ، وكابلات الألياف الضوئية.

زوج من الأسلاك الملتوية يسمى الزوج الملتوي... زوج مجدول متوفر في نسخة محمية (زوج ملتوي محمي ، STP) ،عندما يتم لف زوج من الأسلاك النحاسية في درع عازل وغير محمي (زوج ملتوي غير محمي ، UTP)عندما يكون الغلاف العازل مفقودًا. يقلل التواء الأسلاك من تأثير الضوضاء الخارجية على الإشارات المطلوبة المرسلة عبر الكابل. الألياف البصريةيتكون من ألياف رفيعة (5-60 ميكرون) تنتشر من خلالها الإشارات الضوئية. هذا هو أعلى نوع من أنواع الكابلات - فهو يوفر نقل البيانات بسرعة عالية جدًا (تصل إلى 10 جيجابت / ثانية وأعلى) ، علاوة على ذلك ، فهو أفضل من أنواع وسائط النقل الأخرى ، فهو يوفر حماية البيانات من التداخل الخارجي.

القنوات الإذاعية للاتصالات الأرضية والأقمار الصناعيةتم إنشاؤها بواسطة جهاز إرسال واستقبال لموجات الراديو. يوجد عدد كبير من الأنواع المختلفة لقنوات الراديو ، تختلف في كل من نطاق التردد المستخدم ونطاق القناة. توفر نطاقات الموجات القصيرة والمتوسطة والطويلة (KB و MW و LW) ، والتي تسمى أيضًا Amplitude Modulation (AM) بعد طريقة تعديل الإشارة التي يستخدمونها ، اتصالاً بعيد المدى ، ولكن بمعدل بيانات منخفض. تعمل المزيد من القنوات عالية السرعة في نطاقات الموجات فائقة القصر (VHF) ، والتي تتميز بتعديل التردد (تعديل التردد ، FM) ، وكذلك في نطاقات الموجات الدقيقة (الموجات الدقيقة).

في شبكات الكمبيوتر ، تُستخدم اليوم جميع الأنواع الموصوفة تقريبًا من وسائط نقل البيانات المادية ، ولكن أكثرها واعدةً هي تلك التي تستخدم الألياف الضوئية. يعتبر Twisted pair أيضًا وسيطًا شائعًا يتميز بنسبة ممتازة من الجودة إلى التكلفة وسهولة التركيب. تُستخدم القنوات الفضائية والاتصالات اللاسلكية في أغلب الأحيان في الحالات التي لا يمكن فيها استخدام الاتصالات الكبلية.

2.2. خصائص خط الاتصال

الخصائص الرئيسية لخطوط الاتصال هي:

· خاصية الاتساع والتردد.

· عرض النطاق؛

توهين

· مناعة ضد الضوضاء.

· الحديث المتبادل في نهاية السطر القريب ؛

· عرض النطاق؛

· موثوقية نقل البيانات.

· تكلفة الوحدة.

بادئ ذي بدء ، يهتم مصمم شبكة الكمبيوتر بإنتاجية وموثوقية نقل البيانات ، لأن هذه الخصائص تؤثر بشكل مباشر على أداء وموثوقية الشبكة التي يتم إنشاؤها. يعد النطاق الترددي والدقة من سمات كل من ارتباط الاتصال والطريقة التي يتم بها نقل البيانات. لذلك ، إذا تم تحديد طريقة الإرسال (البروتوكول) بالفعل ، فإن هذه الخصائص معروفة أيضًا. ومع ذلك ، لا يمكن للمرء التحدث عن عرض النطاق الترددي لخط الاتصال قبل تحديد بروتوكول الطبقة المادية له. في مثل هذه الحالات ، عندما يتعين تحديد أنسب البروتوكولات الحالية ، تصبح الخصائص المتبقية للخط ، مثل عرض النطاق الترددي ، والتداخل ، والحصانة من الضوضاء ، وغيرها من الخصائص ، مهمة. لتحديد خصائص ارتباط الاتصال ، غالبًا ما يستخدم تحليل ردود أفعاله على بعض التأثيرات المرجعية.

التحليل الطيفي للإشارات على خطوط الاتصال

من المعروف من نظرية التحليل التوافقي أن أي عملية دورية يمكن تمثيلها على أنها عدد لا حصر له من المكونات الجيبية ، تسمى التوافقيات ، وتسمى مجموعة جميع التوافقيات التحلل الطيفي للإشارة الأصلية. يمكن تمثيل الإشارات غير الدورية باعتبارها جزءًا لا يتجزأ من الإشارات الجيبية مع طيف مستمر من الترددات.

إن تقنية العثور على طيف أي إشارة مصدر معروفة جيدًا. بالنسبة لبعض الإشارات الموصوفة جيدًا تحليليًا ، يُحسب الطيف بسهولة بناءً على صيغ فورييه. بالنسبة للأشكال الموجية التعسفية التي تمت مواجهتها في الممارسة العملية ، يمكن العثور على الطيف باستخدام أدوات خاصة - أجهزة التحليل الطيفي ، التي تقيس طيف الإشارة الحقيقية وتعرض اتساع التوافقيات المكونة. يؤدي تشويه الجيوب الأنفية لأي تردد بواسطة القناة المرسلة في النهاية إلى تشويه الإشارة المرسلة بأي شكل ، خاصةً إذا لم يتم تشويه الجيوب ذات الترددات المختلفة بشكل متساوٍ. عند إرسال إشارات النبضة النموذجية لشبكات الكمبيوتر ، يتم تشويه التوافقيات منخفضة التردد وعالية التردد ، ونتيجة لذلك ، تفقد جبهات النبض شكلها المستطيل. نتيجة لذلك ، قد لا يتم التعرف بسهولة على الإشارات الموجودة في الطرف المستقبل للخط.

يشوه خط الاتصال الإشارات المرسلة بسبب حقيقة أن معلماته الفيزيائية تختلف عن المثالية. لذلك ، على سبيل المثال ، تمثل الأسلاك النحاسية دائمًا مزيجًا من المقاومة النشطة والحمل السعوي والاستقرائي الموزع على طول الطول. نتيجة لذلك ، بالنسبة للجيوب الأنفية ذات الترددات المختلفة ، سيكون للخط مقاومة مختلفة ، مما يعني أنه سيتم نقلها بطرق مختلفة. يحتوي كابل الألياف الضوئية أيضًا على تحيزات تمنع انتشار الضوء بشكل مثالي. إذا كان خط الاتصال يشتمل على معدات وسيطة ، فيمكنه أيضًا إدخال تشوهات إضافية ، نظرًا لأنه من المستحيل إنشاء أجهزة يمكنها نقل الطيف الكامل من الجيوب الأنفية بشكل جيد ، من الصفر إلى اللانهاية.

بالإضافة إلى تشوهات الإشارة الناتجة عن المعلمات الفيزيائية الداخلية لخط الاتصال ، هناك أيضًا تداخل خارجي يساهم في تشويه شكل الإشارة عند خرج الخط. يتم إنشاء هذا التداخل بواسطة محركات كهربائية مختلفة ، الأجهزة الإلكترونية، وظواهر الغلاف الجوي ، وما إلى ذلك ، على الرغم من التدابير الوقائية التي اتخذها مصممو الكابلات ومعدات تبديل التضخيم ، لا يمكن التعويض بشكل كامل عن تأثير التداخل الخارجي. لذلك ، عادةً ما يكون للإشارات عند خرج خط الاتصال شكل معقد ، حيث يصعب أحيانًا فهم المعلومات المنفصلة التي تم توفيرها لمدخلات الخط.

يتم تقدير درجة تشويه الإشارات الجيبية بواسطة خطوط الاتصال باستخدام خصائص مثل استجابة التردد وعرض النطاق والتوهين عند تردد معين.

استجابة التردد

استجابة التردديوضح كيف يتم تخفيف اتساع الجيب عند خرج خط الاتصال بالمقارنة مع السعة عند دخلها لجميع الترددات الممكنة للإشارة المرسلة. بدلاً من الاتساع في هذه الخاصية ، غالبًا ما يتم استخدام معلمة إشارة مثل قوتها. تتيح لك معرفة استجابة التردد لخط حقيقي تحديد شكل إشارة الخرج لأي إشارة إدخال تقريبًا. للقيام بذلك ، من الضروري العثور على طيف إشارة الإدخال ، وتحويل اتساع التوافقيات المكونة لها وفقًا لخاصية تردد السعة ، ثم العثور على شكل إشارة الخرج بإضافة التوافقيات المحولة.

على الرغم من اكتمال المعلومات التي توفرها خاصية السعة والتردد حول خط الاتصال ، إلا أن استخدامها معقد بسبب صعوبة الحصول عليها. لذلك ، في الممارسة العملية ، بدلاً من خاصية تردد الاتساع ، تُستخدم خصائص مبسطة أخرى - عرض النطاق والتوهين.

عرض النطاق

عرض النطاقهو نطاق تردد مستمر تتجاوز فيه نسبة اتساع إشارة الخرج إلى إشارة الدخل بعض الحدود المحددة مسبقًا ، عادةً 0.5. أي أن عرض النطاق الترددي يحدد نطاق التردد للإشارة الجيبية التي يتم فيها إرسال هذه الإشارة عبر خط الاتصال دون تشويه كبير. تتيح لك معرفة النطاق الترددي الحصول ، بدرجة معينة من التقريب ، على نفس النتيجة مثل معرفة استجابة التردد. عرضلعرض النطاق الترددي أكبر تأثير على أقصى معدل إرسال ممكن للمعلومات عبر خط الاتصال.

توهين

توهينيُعرَّف بأنه الانخفاض النسبي في سعة الإشارة أو قوتها عند إرسال إشارة تردد معين عبر خط إشارة. وبالتالي ، فإن التوهين هو نقطة واحدة من استجابة التردد للخط. يُقاس التوهين أ عادةً بالديسيبل (ديسيبل ، ديسيبل - ديسيبل) ويُحسب باستخدام الصيغة التالية:

أ = 10 سجل 10 عبوة / دبوس ،

حيث Pout هي قوة الإشارة عند خرج الخط ،
Рвх - قوة الإشارة عند إدخال الخط.

نظرًا لأن طاقة إشارة الخرج للكابل بدون مضخمات وسيطة تكون دائمًا أقل من طاقة إشارة الإدخال ، يكون توهين الكبل دائمًا سالبًا.

مطلق مستوى الطاقةيقاس أيضًا بالديسيبل. في هذه الحالة ، تُؤخذ قيمة 1 mW كقيمة أساسية لقدرة الإشارة ، بالنسبة إلى القدرة الحالية التي تُقاس. وبالتالي ، يتم حساب مستوى الطاقة p باستخدام الصيغة التالية:

p = 10 log10 P / 1mW [ديسيبل] ،

حيث P هي قوة الإشارة بالملي واط ،
ديسيبل (ديسيبل) هو وحدة لقياس مستوى الطاقة (ديسيبل لكل 1 ميغاواط).

وبالتالي ، فإن استجابة التردد وعرض النطاق والتوهين هي خصائص عالمية ، ومعرفتنا بها تسمح لنا باستنتاج كيفية إرسال الإشارات من أي شكل عبر خط الاتصال.

يعتمد عرض النطاق الترددي على نوع الخط وطوله. في التين. يوضح الشكل 1.1 عرض النطاق الترددي لخطوط الاتصال بمختلف أنواعها ، بالإضافة إلى نطاقات التردد الأكثر استخدامًا في تكنولوجيا الاتصالات.

أرز. 1.1عرض النطاق الترددي للاتصالات ونطاقات التردد الشعبية

قدرة الخط

الإنتاجيةيميز الخط أقصى معدل ممكن لنقل البيانات عبر خط الاتصال. يتم قياس الإنتاجية بالبت في الثانية - بت في الثانية ، وكذلك بالوحدات المشتقة مثل كيلو بت في الثانية (Kbps) ، وميغابت في الثانية (Mbps) ، وجيجابت في الثانية (Gbps) ، وما إلى ذلك ...

لا يعتمد صبيب خط الاتصال فقط على خصائصه ، مثل استجابة التردد ، ولكن أيضًا على طيف الإشارات المرسلة. إذا وقعت توافقيات إشارة مهمة في عرض النطاق الترددي للخط ، فسيتم إرسال هذه الإشارة بشكل جيد عن طريق خط الاتصال هذا وسيتمكن المستقبل من التعرف بشكل صحيح على المعلومات المرسلة على طول الخط بواسطة المرسل (الشكل 1.2 أ). إذا تجاوزت التوافقيات الكبيرة عرض النطاق الترددي لخط الاتصال ، فسيتم تشويه الإشارة بشكل كبير ، وسيرتكب المستقبل أخطاء عند التعرف على المعلومات ، مما يعني أن المعلومات لن تكون قادرة على الإرسال مع عرض نطاق معين (الشكل 1.2 ب) .

أرز. 1.2المراسلات بين عرض النطاق الترددي للاتصالات وطيف الإشارة

يسمى اختيار طريقة لتمثيل المعلومات المنفصلة في شكل إشارات يتم توفيرها لخط الاتصال بدنيأو ترميز الخط... يعتمد طيف الإشارات ، وبالتالي عرض النطاق الترددي للخط ، على طريقة التشفير المختارة. وبالتالي ، بالنسبة لإحدى طرق التشفير ، قد يكون للخط عرض نطاق واحد ، وبالنسبة لطريقة أخرى ، قد يكون للخط عرض نطاق آخر.

تستخدم معظم طرق التشفير تغييرًا في بعض معلمات الإشارة الدورية - التردد والسعة والمرحلة للجيوب الأنفية ، أو علامة احتمال سلسلة من النبضات. يتم استدعاء إشارة دورية ، معلمات التغيير إشارة الناقلأو تردد الناقلإذا تم استخدام الجيب مثل هذه الإشارة.

يتم قياس عدد التغييرات في معلمة المعلومات للإشارة الدورية للناقل في الثانية الباود... الفترة الزمنية بين التغييرات المتجاورة في إشارة المعلومات تسمى دورة المرسل. عرض النطاق الترددي للخط بالبت في الثانية بشكل عام ليس هو نفسه الباود. يمكن أن يكون إما أعلى أو أقل من رقم الباود ، وتعتمد هذه النسبة على طريقة التشفير.

إذا كانت الإشارة تحتوي على أكثر من حالتين مختلفتين ، فسيكون معدل النقل بالبت في الثانية أعلى من معدل الباود. على سبيل المثال ، إذا كانت معلمات المعلومات هي الطور وسعة الجيب ، وكانت هناك 4 حالات طور عند 0.90 و 180 و 270 درجة وقيمتين لاتساع الإشارة ، فيمكن أن تحتوي إشارة المعلومات على 8 حالات يمكن تمييزها. في هذه الحالة ، يقوم المودم الذي يعمل بمعدل 2400 باود (بمعدل ساعة 2400 هرتز) بإرسال المعلومات بمعدل 7200 بت في الثانية ، حيث يتم إرسال 3 بتات من المعلومات مع تغيير واحد في الإشارة.

لا يتأثر معدل نقل الخط بالتشفير المادي فحسب ، بل يتأثر أيضًا بالتشفير المنطقي. الترميز المنطقييتم إجراؤه قبل الترميز المادي ويعني ضمناً استبدال بتات المعلومات الأصلية بتسلسل جديد من البتات ، تحمل نفس المعلومات ، ولكن لها خصائص إضافية ، على سبيل المثال ، قدرة الجانب المتلقي على اكتشاف الأخطاء في البيانات المستلمة. مع التشفير المنطقي ، غالبًا ما يتم استبدال تسلسل البتات الأصلي بتتابع أطول ، وبالتالي يتم تقليل عرض النطاق الترددي للقناة بالنسبة للمعلومات المفيدة.

العلاقة بين عرض النطاق الترددي لخط ما وعرض النطاق الترددي الخاص به

كلما زاد تردد الإشارة الدورية للموجة الحاملة ، زادت المعلومات لكل وحدة زمنية يتم إرسالها عبر الخط وزادت سعة الخط باستخدام طريقة تشفير فيزيائية ثابتة. ولكن مع زيادة تردد إشارة الموجة الحاملة الدورية ، يزداد عرض طيف هذه الإشارة أيضًا ، مما سيعطي في المجموع تسلسل الإشارة المختار للتشفير المادي. ينقل الخط هذا الطيف من أشباه الجيوب مع تلك التشوهات التي يتم تحديدها من خلال عرض النطاق الترددي الخاص به. كلما زاد التباين بين عرض النطاق الترددي للخط وعرض النطاق الترددي لإشارات المعلومات المرسلة ، زاد تشوه الإشارات وزادت الأخطاء المحتملة في التعرف على المعلومات من قبل الجانب المستقبل ، مما يعني أن معدل نقل المعلومات أقل في الواقع مما قد يتوقعه المرء.

العلاقة بين عرض النطاق الترددي لخط و أقصى عرض نطاق ممكنبغض النظر عن طريقة الترميز الفيزيائي المقبولة ، أنشأ كلود شانون:

C = F log2 (1 + Pc / Psh) ،

حيث C هو الحد الأقصى لخط الإنتاج بالبتات في الثانية ،
F هو عرض النطاق الترددي للخط بالهرتز ،
Рс - قوة الإشارة ،
Psh هي قوة الضوضاء.

من الممكن زيادة سعة الخط عن طريق زيادة قدرة المرسل أو تقليل قوة الضوضاء (التداخل) على خط الاتصال. كلا المكونين صعب التغيير. تؤدي زيادة قدرة المرسل إلى زيادة كبيرة في حجمه وتكلفته. الحد من مستوى الضوضاء يتطلب استخدام كابلات خاصة جيدة شاشات واقية، وهو مكلف للغاية ، وكذلك تقليل الضوضاء في جهاز الإرسال والمعدات الوسيطة ، وهو أمر ليس من السهل تحقيقه. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تأثير قوة الإشارة المفيدة والضوضاء على الإنتاجية محدود بالاعتماد اللوغاريتمي ، الذي ينمو بسرعة أقل بكثير من النسبة المباشرة.

قريبة بشكل أساسي من صيغة شانون هي النسبة التالية التي حصل عليها نيكويست ، والتي تحدد أيضًا أقصى عرض نطاق ممكن لخط اتصال ، ولكن دون مراعاة الضوضاء على الخط:

C = 2F log2 M ،

حيث M هو عدد الحالات التي يمكن تمييزها لمعلمة المعلومات.

على الرغم من أن صيغة Nyquist لا تأخذ في الاعتبار صراحة وجود الضوضاء ، إلا أن تأثيرها ينعكس بشكل غير مباشر في اختيار عدد حالات إشارة المعلومات. عدد حالات الإشارة المحتملة محدود فعليًا بنسبة قوة الإشارة إلى الضوضاء ، وتحدد صيغة Nyquist الحد الأقصى لمعدل نقل البيانات في الحالة التي يكون فيها عدد الحالات محددًا بالفعل مع الأخذ في الاعتبار إمكانات التعرف المستقر بواسطة المتلقي.

تعطي النسب المذكورة أعلاه قيمة حدية لسعة الخط ، وتعتمد الدرجة التي يتم فيها الوصول إلى هذا الحد على طرق التشفير المادية المحددة التي تمت مناقشتها أدناه.

مناعة الخط

مناعة الخطيحدد قدرته على تقليل مستوى التداخل الناتج في البيئة الخارجية ، على الموصلات الداخلية. تعتمد مناعة الخط على نوع الوسيط المادي المستخدم ، وكذلك على وسائل الحماية والقمع للخط نفسه.

قرب نهاية المحادثة المتقاطعة (التالي)تحديد مناعة الكبل لمصادر التداخل الداخلية ، عندما يحفز المجال الكهرومغناطيسي للإشارة المرسلة بواسطة خرج المرسل على طول زوج واحد من الموصلات إشارة تداخل على الزوج الآخر من الموصلات. إذا كان جهاز الاستقبال متصلاً بالزوج الثاني ، فيمكنه اعتبار التداخل الداخلي المستحث كإشارة مفيدة. مؤشر NEXT ، معبراً عنه بالديسيبل ، يساوي 10 log Pout / Pnav ، حيث Pout هي قوة إشارة الخرج ، Pnav هي قوة الإشارة المستحثة. كلما انخفضت قيمة NEXT ، كان الكابل أفضل.

نظرًا لحقيقة أنه في بعض التقنيات الجديدة يتم استخدام نقل البيانات في وقت واحد عبر عدة أزواج ملتوية ، فقد بدأ استخدام المؤشر مؤخرًا PowerSUM، وهو تعديل لمؤشر NEXT. يعكس هذا الرقم إجمالي طاقة الحديث المتبادل من جميع أزواج الإرسال في الكبل.

موثوقية نقل البيانات

موثوقية نقل البياناتيميز احتمال التشويه لكل بتة بيانات مرسلة. في بعض الأحيان يسمى نفس المؤشر معدل خطأ البت (BER)... قيمة معدل الخطأ في البتات (BER) لقنوات الاتصال التي لا تحتوي على وسائل حماية إضافية من الأخطاء هي ، كقاعدة عامة ، 1 في خطوط اتصالات الألياف الضوئية - 10-9. تشير قيمة موثوقية نقل البيانات ، على سبيل المثال ، في 10-4 إلى أنه في المتوسط ​​من بين 10000 بت ، يتم تشويه قيمة بت واحد.

يحدث تشوه البتات بسبب وجود ضوضاء على الخط وبسبب تشوه شكل الموجة بسبب عرض النطاق الترددي المحدود للخط. لذلك ، من أجل زيادة موثوقية البيانات المرسلة ، من الضروري زيادة مستوى مناعة الضوضاء للخط ، وتقليل مستوى الحديث المتبادل في الكبل ، وكذلك استخدام المزيد من خطوط الاتصال ذات النطاق العريض.

2.3 معايير كابل الشبكة

الكبل هو منتج معقد نوعًا ما يتكون من الموصلات وطبقات الدرع والعزل. في بعض الحالات ، يشتمل الكبل على موصلات تصل الكابلات بالجهاز. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدام العديد من الأجهزة الكهروميكانيكية تسمى المقاطع العرضية أو المربعات العرضية أو الخزانات لضمان التبديل السريع للكابلات والمعدات. في شبكات الكمبيوتر ، يتم استخدام الكابلات التي تلبي معايير معينة ، مما يسمح لك ببناء شبكة كبلات من الكابلات والأجهزة المتصلة مختلف الشركات المصنعة... تم اعتماد نهج مستقل عن البروتوكول لتوحيد الكابلات. أي أن المعيار يحدد فقط الخصائص الكهربائية والبصرية والميكانيكية التي يجب أن يفي بها نوع معين من الكابلات أو منتج التوصيل.

هناك العديد من الخصائص المنصوص عليها في معايير الكابلات ، والتي يتم سرد أهمها أدناه.

· توهين... يتم قياس التوهين بالديسيبل لكل متر لتردد معين أو نطاق تردد للإشارة.

· قرب نهاية المحادثة المتقاطعة (التالي)... تقاس بالديسيبل لتردد إشارة محدد.

· معاوقة (ممانعة مميزة)هي المقاومة الكلية (النشطة والمتفاعلة) في الدائرة الكهربائية. تُقاس الممانعة بالأوم وهي ثابتة نسبيًا لـ أنظمة الكابلات.

· المقاومة النشطةهي المقاومة التيار المباشرفي دائرة كهربائية. على عكس الممانعة ، تكون المقاومة مستقلة عن التردد وتزداد مع طول الكابل.

· الاهليةهي خاصية الموصلات المعدنية لتخزين الطاقة. الموصلين الكهربيين في الكبل ، مفصولين بواسطة عازل ، مكثفان قادران على تخزين شحنة. القدرة غير مرغوب فيها.

· الإشعاع الكهرومغناطيسي الخارجي أو الضوضاء الكهربائية... الضوضاء الكهربائية هي جهد تيار متردد غير مرغوب فيه في موصل. يوجد نوعان من الضوضاء الكهربائية: ضوضاء الخلفية وضوضاء الاندفاع. تقاس الضوضاء الكهربائية بالميلي فولت.

· قطر الموصل أو منطقة المقطع العرضي... بالنسبة للموصلات النحاسية ، يعد نظام AWG الأمريكي (American Wire Gauge) شائعًا جدًا ، والذي يقدم بعض الأنواع التقليدية من الموصلات ، على سبيل المثال ، 22 AWG ، 24 AWG ، 26 AWG. كلما زاد رقم نوع السلك ، قل قطره.

ينصب تركيز المعايير الحالية على الكابلات الملتوية وكابلات الألياف البصرية.

الكابلات المزدوجة الملتوية غير المحمية

ينقسم الكبل النحاسي غير المحمي UTP إلى 5 فئات اعتمادًا على الخصائص الكهربائية والميكانيكية (الفئة 1 - الفئة 5). تتم مناقشة الفئات الأكثر استخدامًا أدناه.

الكابلات الفئة 1تستخدم حيثما تكون متطلبات سرعة الإرسال ضئيلة. عادةً ما يكون هذا كبلًا لنقل الصوت الرقمي والتناظري وسرعة منخفضة (تصل إلى 20 كيلوبت في الثانية). حتى عام 1983 ، كان هو النوع الرئيسي من الكابلات لأسلاك الهاتف.

الكابلات الفئة 3تم توحيدها في عام 1991 عندما معيار كابلات الاتصالات للمباني التجارية(EIA-568) ، الذي حدد الخصائص الكهربائية لكابلات الفئة 3 للترددات حتى 16 ميجاهرتز لدعم تطبيقات الشبكة عالية السرعة. تم تصميم كبل الفئة 3 لكل من نقل البيانات ونقل الصوت. مسافة السلك حوالي 3 لفات لكل قدم (30.5 سم).

الكابلات الفئة 5تم تصميمها خصيصًا لدعم البروتوكولات عالية السرعة. يتم تحديد خصائصها في نطاق يصل إلى 100 ميجا هرتز. يعمل هذا الكبل على بروتوكولات بمعدل نقل بيانات يبلغ 100 ميجابت / ثانية - FDDI (مع المعيار المادي TP-PMD) و Fast Ethernet و l00VG-AnyLAN بالإضافة إلى بروتوكولات أسرع - ATM بسرعة 155 ميجابت / ثانية و شبكة جيجابت إيثرنت بسرعة 1000 ميجابت في الثانية.

تتوفر جميع كبلات UTP ، بغض النظر عن فئتها ، في تصميم مكون من 4 أزواج. كل من أزواج الكابلات الأربعة له لون ودرجة محددة. عادةً ما يكون هناك زوجان لنقل البيانات واثنان لنقل الصوت.

تُستخدم مقابس ومآخذ RJ-45 لتوصيل الكابلات بالمعدات ، وهي موصلات ذات 8 أسنان تشبه موصلات الهاتف العادية RJ-11.

كابلات زوج ملتوية محمية

يحمي زوج STP المحمي الملتوي جيدًا الإشارات المرسلة من التداخل الخارجي ، كما أنه يصدر موجات كهرومغناطيسية أقل في الخارج. يؤدي وجود درع مؤرض إلى زيادة تكلفة الكابل وتعقيد تركيبه. يستخدم الكبل المحمي لنقل البيانات فقط.

المعيار الرئيسي الذي يحدد معلمات الزوج الملتوي المحمي هو معيار IBM الخاص. في هذا المعيار ، لا يتم تقسيم الكابلات إلى فئات ، ولكن إلى أنواع: النوع الأول ، النوع 2 ، ... ، النوع 9.

النوع الرئيسي من الكابلات المحمية هو كابل IBM Type 1. يتكون من زوجين من الأسلاك الملتوية ، محمية بضفيرة موصلة ، مؤرضة. المعلمات الكهربائية لكابل من النوع 1 هي تقريبًا نفس تلك الخاصة بكابل UTP من الفئة 5. ومع ذلك ، فإن الممانعة المميزة لكابل من النوع 1 هي 150 أوم.

ليست كل أنواع كبلات IBM القياسية كبلات محمية - بعضها يحدد خصائص كبلات الهاتف غير المحمية (النوع 3) وكابلات الألياف الضوئية (النوع 5).

كابلات الألياف البصرية

تتكون كابلات الألياف الضوئية من موصل مركزي للضوء (لب) - ألياف زجاجية محاطة بطبقة أخرى من الزجاج - غلاف له معامل انكسار أقل من اللب. تنتشر أشعة الضوء على طول القلب ، ولا تتجاوز حدودها ، حيث تنعكس من طبقة تغطية الغلاف. اعتمادًا على توزيع معامل الانكسار وحجم قطر النواة ، هناك:

· الألياف متعددة الأنماط مع تغيير تدريجي في معامل الانكسار (الشكل 1.3 أ) ؛

· الألياف متعددة الأنماط مع تغيير سلس في معامل الانكسار (الشكل 1.36) ؛

· الألياف أحادية الوضع (الشكل 1.3 ج).

يصف مصطلح "الوضع" طريقة انتشار أشعة الضوء في القلب الداخلي للكابل. الألياف أحادية الوضع (SMF)يتم استخدام موصل مركزي بقطر صغير جدًا ، يتناسب مع الطول الموجي للضوء - من 5 إلى 10 ميكرون. في هذه الحالة ، تنتشر جميع الأشعة الضوئية عمليًا على طول المحور البصري للألياف دون أن تنعكس من الموصل الخارجي. عرض النطاق الترددي للكابل أحادي الوضع عريض جدًا - يصل إلى مئات الجيجاهيرتز لكل كيلومتر. يعد تصنيع ألياف رفيعة وعالية الجودة لكابل أحادي الوضع عملية تكنولوجية معقدة تجعل الكبل أحادي الوضع مكلفًا للغاية. بالإضافة إلى ذلك ، من الصعب جدًا توجيه شعاع من الضوء إلى ألياف بهذا القطر الصغير دون أن تفقد جزءًا كبيرًا من طاقتها.

أرز. 1.3 . أنواع الكابلات الضوئية

الخامس الكابلات متعددة الأوضاع (الألياف متعددة الأوضاع ، MMF)يتم استخدام النوى الداخلية الأوسع نطاقًا ، والتي يسهل تصنيعها تقنيًا. تحدد المعايير اثنين من أكثر الكابلات متعددة الوسائط شيوعًا: 62.5 / 125 ميكرومتر و 50/125 ميكرومتر ، حيث 62.5 ميكرومتر أو 50 ميكرومتر هو قطر الموصل المركزي و 125 ميكرومتر هو قطر الموصل الخارجي.

في الكابلات متعددة الأوضاع ، توجد أشعة ضوئية متعددة في نفس الوقت في الموصل الداخلي ، وترتد من الموصل الخارجي بزوايا مختلفة. زاوية انعكاس الحزمة تسمى وضع الشعاع. في الكابلات متعددة الأوضاع مع التغيير السلس في معامل الانكسار ، يكون وضع الانتشار لكل وضع أكثر تعقيدًا.

تتمتع الكابلات متعددة الأوضاع بعرض نطاق أضيق - من 500 إلى 800 ميجاهرتز / كم. يحدث تضييق النطاق بسبب فقدان الطاقة الضوئية أثناء الانعكاسات ، وكذلك بسبب تداخل الحزم ذات الأنماط المختلفة.

تُستخدم المصادر التالية كمصادر انبعاث ضوئي في كابلات الألياف الضوئية:

· المصابيح.

· ليزر أشباه الموصلات.

بالنسبة للكابلات أحادية الوضع ، يتم استخدام ليزر أشباه الموصلات فقط ، لأنه مع مثل هذا القطر الصغير للألياف الضوئية ، لا يمكن توجيه التدفق الضوئي الناتج عن LED إلى الألياف دون خسائر كبيرة. بالنسبة للكابلات متعددة الأوضاع ، يتم استخدام بواعث LED أرخص.

لنقل المعلومات ، يتم استخدام ضوء بطول موجي 1550 نانومتر (1.55 ميكرون) ، 1300 نانومتر (1.3 ميكرون) و 850 نانومتر (0.85 ميكرون). يمكن لمصابيح LED أن تبعث الضوء بأطوال موجية 850nm و 1300nm. البواعث ذات الطول الموجي 850 نانومتر أرخص بكثير من البواعث ذات الطول الموجي 1300 نانومتر ، لكن عرض النطاق الترددي للكابل لـ 850 نانومتر أضيق ، على سبيل المثال ، 200 ميجا هرتز / كم بدلاً من 500 ميجا هرتز / كم.

تعمل بواعث الليزر بأطوال موجية 1300 و 1550 نانومتر. تسمح سرعة الليزر الحديث بتعديل تدفق الضوء عند ترددات تبلغ 10 جيجاهرتز وما فوق. تخلق بواعث الليزر تدفقًا متماسكًا للضوء ، مما يجعل الخسائر في الألياف الضوئية أقل من استخدام تدفق LED غير المتماسك.

يرتبط استخدام عدد قليل فقط من الأطوال الموجية لنقل المعلومات في الألياف الضوئية بخصوصية خصائصها ذات السعة والتردد. بالنسبة لهذه الأطوال الموجية المنفصلة ، يتم ملاحظة الحد الأقصى الواضح لنقل طاقة الإشارة ، وبالنسبة للموجات الأخرى ، يكون التوهين في الألياف أعلى بكثير.

يتم توصيل كابلات الألياف الضوئية بالجهاز بموصلات MIC و ST و SC.

تتميز كابلات الألياف الضوئية بخصائص ممتازة من جميع الأنواع: كهرومغناطيسية ، ميكانيكية ، لكن لها عيبًا خطيرًا واحدًا - تعقيد توصيل الألياف بالموصلات ومع بعضها البعض إذا كان من الضروري زيادة طول الكابل. يتطلب توصيل الألياف الضوئية بالموصل قطعًا عالي الدقة للألياف في مستوى متعامد تمامًا مع محور الألياف ، بالإضافة إلى إجراء الاتصال من خلال عملية لصق معقدة.

خط الاتصالفي الحالة العامة ، يتكون من وسيط مادي يتم من خلاله إرسال إشارات المعلومات الكهربائية ومعدات نقل البيانات والمعدات الوسيطة. مرادف للمصطلح خط الاتصال(الخط) هو المصطلح حلقة الوصل(قناة).

يمكن أن يكون الوسيط المادي لنقل البيانات عبارة عن كبل ، أي مجموعة من الأسلاك والأغلفة والموصلات العازلة والحماية ، بالإضافة إلى الغلاف الجوي للأرض أو الفضاء الخارجي الذي تنتشر من خلاله الموجات الكهرومغناطيسية.

اعتمادًا على وسيط نقل البيانات ، تنقسم خطوط الاتصال إلى ما يلي:

§ سلك (هواء) ؛

§ الكابلات (النحاس والألياف الضوئية) ؛

§ القنوات الإذاعية للاتصالات الأرضية والأقمار الصناعية.

خطوط اتصال سلكية (علوية)هي أسلاك بدون أي ضفائر عازلة أو غربلة ، توضع بين القطبين وتتدلى في الهواء. عادةً ما تحمل خطوط الاتصال هذه إشارات الهاتف أو التلغراف ، ولكن في حالة عدم وجود احتمالات أخرى ، تُستخدم هذه الخطوط أيضًا لنقل بيانات الكمبيوتر. إن مناعة السرعة والضوضاء لهذه الخطوط تترك الكثير مما هو مرغوب فيه. اليوم ، يتم استبدال خطوط الاتصال السلكية بسرعة بخطوط الكابلات.

خطوط الكابلاتتمثل تصميمًا معقدًا نوعًا ما. يتكون الكبل من موصلات محاطة بعدة طبقات من العزل: كهربائية ، وكهرومغناطيسية ، وميكانيكية ، وربما مناخية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تزويد الكبل بموصلات تتيح لك الاتصال بسرعة بمعدات مختلفة. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من الكابلات المستخدمة في شبكات الكمبيوتر: الكابلات النحاسية المزدوجة المجدولة ، والكابلات النحاسية المحورية ، وكابلات الألياف الضوئية.

زوج من الأسلاك الملتوية يسمى الزوج الملتوي.زوج مجدول متوفر في نسخة محمية , عندما يتم لف زوج من الأسلاك النحاسية في درع عازل وغير محمي , عندما يكون الغلاف العازل مفقودًا. يقلل التواء الأسلاك من تأثير الضوضاء الخارجية على الإشارات المطلوبة المرسلة عبر الكابل.

كابل متحد المحورله هيكل غير متماثل ويتكون من قلب نحاسي داخلي وجديلة مفصولة عن القلب بطبقة عازلة. هناك عدة أنواع من الكبلات المحورية ، تختلف في الخصائص ومجالات التطبيق - لشبكات المنطقة المحلية ، لشبكات المنطقة الواسعة ، للتلفزيون الكبلي ، إلخ.

كابل الألياف البصريةيتكون من ألياف رفيعة تنتشر عبرها الإشارات الضوئية. هذا هو أعلى نوع من أنواع الكابلات - فهو يوفر نقل البيانات بسرعة عالية جدًا (تصل إلى 10 جيجابت / ثانية وأعلى) وأفضل من الأنواع الأخرى من وسائط النقل التي توفر حماية البيانات من التداخل الخارجي.

القنوات الإذاعية للاتصالات الأرضية والأقمار الصناعيةتم إنشاؤها بواسطة جهاز إرسال واستقبال لموجات الراديو. يوجد عدد كبير من الأنواع المختلفة لقنوات الراديو ، تختلف في كل من نطاق التردد المستخدم ونطاق القناة. توفر نطاقات الموجات القصيرة والمتوسطة والطويلة (KB و MW و LW) ، والتي تسمى أيضًا Amplitude Modulation (AM) بعد طريقة تعديل الإشارة التي يستخدمونها ، اتصالاً بعيد المدى ، ولكن بمعدل بيانات منخفض. تعمل المزيد من القنوات عالية السرعة في نطاقات الموجات فائقة القصر (VHF) ، والتي تتميز بتعديل التردد ، وكذلك في نطاقات الموجات الدقيقة (الموجات الدقيقة).

في نطاق الموجات الصغرية (أكثر من 4 جيجاهرتز) ، لم تعد الإشارات تنعكس على طبقة الأيونوسفير للأرض ، وللتواصل المستقر ، يلزم وجود خط رؤية بين المرسل والمستقبل. لذلك ، تستخدم هذه الترددات إما القنوات الفضائية أو قنوات الراديو ، حيث يتم استيفاء هذا الشرط.

في شبكات الكمبيوتر ، تُستخدم اليوم جميع الأنواع الموصوفة تقريبًا من وسائط نقل البيانات المادية ، ولكن أكثرها واعدةً هي تلك التي تستخدم الألياف الضوئية. اليوم ، يتم استخدامها كأساس لبناء الطرق السريعة للشبكات الإقليمية الكبيرة ، وكذلك خطوط الاتصال عالية السرعة للشبكات المحلية.

يعتبر Twisted pair أيضًا وسيطًا شائعًا يتميز بنسبة ممتازة من الجودة إلى التكلفة وسهولة التركيب. تُستخدم كبلات الزوج الملتوية عادةً لتوصيل المستخدمين النهائيين للشبكات على مسافات تصل إلى 100 متر من المحور. تُستخدم القنوات الفضائية والاتصالات اللاسلكية في أغلب الأحيان في الحالات التي لا يمكن فيها استخدام الاتصالات الكبلية - على سبيل المثال ، عندما تمر قناة عبر منطقة قليلة السكان أو للتواصل مع مستخدم شبكة الهاتف المحمول.

حتى عند التفكير أبسط شبكةتتكون من جهازين فقط ، يمكنك رؤية العديد من المشكلات المتأصلة في أي شبكة كمبيوتر ، بما في ذلك المشكلات ، المرتبطة بالنقل المادي للإشارات عبر خطوط الاتصال ، بدون حل أي نوع من الاتصالات مستحيل.

في الحوسبة ، يتم تمثيل البيانات بواسطة كود ثنائي ... داخل الكمبيوتر ، تتوافق آحاد وأصفار البيانات مع الكهرباء المنفصلة إشارات. يُطلق على تمثيل البيانات في شكل إشارات كهربائية أو ضوئية الترميز. . موجود طرق مختلفةترميز الأرقام الثنائية 1 و 0 ، على سبيل المثال القدره طريقة يتوافق فيها مستوى جهد ما مع مستوى جهد وآخر يتوافق مع صفر ، أو دفعة طريقة عند استخدام نبضات مختلفة أو قطبية واحدة لتمثيل الأرقام.

يمكن استخدام طرق مماثلة لترميز البيانات ونقلها بين جهازي كمبيوتر عبر خطوط الاتصال. ومع ذلك ، تختلف خطوط الاتصال هذه في خصائصها الكهربائية عن تلك الموجودة داخل الكمبيوتر. الفرق الرئيسي بين خطوط الاتصال الخارجية والداخلية هو اطول بكثير وأيضًا من حيث أنها تمتد خارج العلبة المحمية عبر المناطق التي غالبًا ما تكون عرضة لتداخل كهرومغناطيسي قوي. كل هذا يؤدي إلى تشوهات أكبر بشكل ملحوظ في النبضات المستطيلة (على سبيل المثال ، "انهيار" الحواف) مقارنة بالكمبيوتر. لذلك ، من أجل التعرف الموثوق على النبضات عند الطرف المستقبل لخط الاتصال عند إرسال البيانات داخل الكمبيوتر وخارجه ، ليس من الممكن دائمًا استخدام نفس المعدلات وطرق التشفير. على سبيل المثال ، يتطلب الارتفاع البطيء لحافة النبضة بسبب الحمل السعوي العالي للخط نقل النبضات بمعدل أقل (بحيث لا تتداخل الحواف الأمامية والخلفية للنبضات المجاورة ويكون للنبض وقت للنمو المستوى المطلوب).

الخامس شبكات الحاسبتطبيق كل من الترميز المحتمل والنبضي للبيانات المنفصلة بالإضافة إلى طريقة محددة لتمثيل البيانات التي لا تستخدم مطلقًا داخل جهاز كمبيوتر - تعديل(تين. 3). مع التعديل ، يتم تمثيل المعلومات المنفصلة بإشارة جيبية للتردد الذي ينقله خط الاتصال المتاح جيدًا.

الترميز المحتمل أو النبضي المطبق على القنوات جودة عالية، ويفضل التعديل المستند إلى الإشارات الجيبية عندما تُحدث القناة تشوهات قوية في الإشارات المرسلة. عادةً ما يتم استخدام التعديل في شبكات واسعة النطاق لنقل البيانات عبر خطوط الهاتف التناظرية ، والتي تم تصميمها لنقل الصوت في شكل تمثيلي وبالتالي فهي غير مناسبة للإرسال المباشر للنبضات.

لتحويل البيانات من نوع إلى آخر ، استخدم أجهزة المودم.شرط "مودم" - اختصار لـ المغير / المستخلص. يتم تحويل الصفر الثنائي ، على سبيل المثال ، إلى إشارة منخفضة التردد وواحد إلى تردد عالي. بمعنى آخر ، عند تحويل البيانات ، يعدل المودم التردد الإشارات التناظرية(الشكل 4).

تتأثر طريقة إرسال الإشارة أيضًا بعدد الأسلاك في خطوط الاتصال بين أجهزة الكمبيوتر.

يمكن أن يحدث نقل البيانات بالتوازي (الشكل 5) أو بالتتابع (الشكل 6).

لتقليل تكلفة خطوط الاتصال ، تسعى الشبكات عادةً إلى تقليل عدد الأسلاك ، ولهذا السبب ، لا تستخدم الإرسال الموازي لجميع وحدات البت من بايت واحد أو حتى عدة بايت ، كما يحدث داخل الكمبيوتر ، ولكن بشكل متسلسل ، الإرسال باتجاه أحادي ، يتطلب زوجًا واحدًا فقط من الأسلاك.

هناك أيضًا ثلاث طرق مختلفة تستخدم لتوصيل أجهزة الكمبيوتر والأجهزة ، يُشار إليها بثلاثة مصطلحات مختلفة. الاتصال هو: أحادي الاتجاه وأحادي الاتجاه وثنائي الاتجاه بالكامل(الشكل 7 ).

يُقال أن الاتصال البسيط يحدث عندما تنتقل البيانات في اتجاه واحد فقط. يسمح اتصال أحادي الاتجاه للبيانات بالسفر في كلا الاتجاهين ، ولكن في وقت مختلفوأخيرًا ، يحدث اتصال مزدوج كامل عندما تتدفق البيانات في كلا الاتجاهين في نفس الوقت.

أرز. 7. أمثلة على تدفقات البيانات.

مفهوم آخر مهم هو تبديل الاتصال (التبديل).

تدعم أي شبكات اتصالات طريقة ما للتبديل بين المشتركين فيها. يمكن أن يكون هؤلاء المشتركون أجهزة الكمبيوتر البعيدةأو الشبكات المحلية أو أجهزة الفاكس أو مجرد محاورين يتواصلون باستخدام الهواتف. من المستحيل عمليًا تزويد كل زوج من المشتركين المتفاعلين بخط اتصال فعلي غير محوّل (أي اتصال دائم) ، والذي يمكنهم احتكاره "امتلاكه" لفترة طويلة. لذلك ، في أي شبكة ، يتم دائمًا استخدام طريقة تبديل المشترك ، مما يضمن توفر القنوات المادية المتاحة في وقت واحد لعدة جلسات اتصال بين مشتركي الشبكة.

يسمح تبديل الارتباط لأجهزة الشبكة بمشاركة نفس قناة الاتصال المادية بين أجهزة متعددة. الطريقتان الرئيسيتان لتبديل الاتصال هما - تبديل الدائرة وتبديل الحزمة.

دوائر التبديل تنشئ اتصالاً فرديًا مستمرًا بين جهازين متصلين بالشبكة. أثناء تفاعل هذه الأجهزة ، لا يمكن لأي شخص آخر استخدام هذا الاتصال لنقل معلوماته الخاصة - عليه الانتظار حتى يصبح الاتصال مجانيًا.

مثال بسيط على مفتاح الدائرة هو المفتاح اكتب A-Bتعمل على توصيل جهازي كمبيوتر بطابعة واحدة. لتمكين أحد أجهزة الكمبيوتر من الطباعة ، يمكنك تشغيل مفتاح التبديل على المحول ، وإنشاء اتصال مستمر بين الكمبيوتر والطابعة. يتم تشكيل اتصال من نقطة إلى نقطة . كما هو موضح في الشكل ، يمكن لجهاز كمبيوتر واحد فقط الطباعة في نفس الوقت.

أرز. 6 دوائر التبديل

تستخدم معظم الشبكات الحديثة ، بما في ذلك الإنترنت تبديل الحزمة.برامج نقل البيانات على هذه الشبكات تقسم البيانات إلى أجزاء تسمى الحزم. في شبكة تبديل الحزم ، يمكن أن تتبع البيانات حزمة واحدة في نفس الوقت ، أو يمكن أن تتبع عدة حزم. ستصل البيانات إلى نفس الوجهة ، على الرغم من أن المسارات التي اتبعتها قد تكون مختلفة تمامًا.

لمقارنة نوعين من اتصالات الشبكة ، افترض أننا قاطعنا القناة في كل منهما. على سبيل المثال ، من خلال فصل الطابعة عن المدير في الشكل. 6 (عن طريق تحريك مفتاح التبديل إلى الموضع B) ، فقد حرمته من القدرة على الطباعة. تتطلب دوائر التبديل قناة اتصال مستمرة.

أرز. 7. تبديل الحزم

على العكس من ذلك ، يمكن أن تنتقل البيانات الموجودة على شبكة تبديل الحزم في مسارات مختلفة. ويمكن ملاحظة ذلك في التين. 7. لا تتبع البيانات بالضرورة نفس المسار بين أجهزة الكمبيوتر المكتبية والمنزلية ، ولن يؤدي كسر إحدى القنوات إلى فقد الاتصال - ستتبع البيانات ببساطة مسارًا مختلفًا. تحتوي شبكات تبديل الحزم على العديد من المسارات البديلة للحزم.

تبديل الحزم هو تقنية تبديل المشترك التي تم تصميمها خصيصًا لنقل حركة مرور الكمبيوتر بكفاءة.

جوهر المشكلة هو حركة نابضة التي تولدها تطبيقات الشبكة النموذجية. على سبيل المثال ، عند الوصول إلى خادم ملفات بعيد ، يتصفح المستخدم أولاً محتويات دليل ذلك الخادم ، مما يؤدي إلى إنشاء قدر ضئيل من نقل البيانات. ثم يفتح الملف المطلوب بتنسيق محرر النص، ويمكن أن تؤدي هذه العملية إلى تبادل مكثف للبيانات ، خاصة إذا كان الملف يحتوي على شوائب رسومية كبيرة. بعد عرض عدة صفحات من الملف ، يعمل المستخدم معهم محليًا لبعض الوقت ، الأمر الذي لا يتطلب أي نقل بيانات عبر الشبكة إطلاقاً ، ثم يعيد النسخ المعدلة من الصفحات إلى الخادم - وهذا مرة أخرى يولد بيانات مكثفة نقل عبر الشبكة.

يمكن أن تكون نسبة تموج حركة المرور لمستخدم شبكة فردي ، والتي تساوي نسبة متوسط ​​معدل تبادل البيانات إلى أقصى حد ممكن ، 1:50 أو 1: 100. إذا كانت الجلسة الموصوفة تنظم تبديل القناة بين كمبيوتر المستخدم والخادم ، فستكون القناة في معظم الأوقات خاملة. في الوقت نفسه ، سيتم استخدام إمكانيات التحويل الخاصة بالشبكة ولن تكون متاحة لمستخدمي الشبكة الآخرين.

باستخدام تبديل الحزم ، يتم تقسيم جميع الرسائل المرسلة من قبل مستخدم الشبكة عند العقدة المصدر إلى أجزاء صغيرة نسبيًا تسمى الحزم. الرسالة عبارة عن جزء مكتمل منطقيًا من البيانات - طلب لنقل ملف ، ورد على هذا الطلب يحتوي على الملف بأكمله ، وما إلى ذلك.

يمكن أن يكون طول الرسائل عشوائيًا ، من بضع بايتات إلى العديد من الميجابايت. على العكس من ذلك ، يمكن أن يكون للحزم أيضًا طول متغير ، ولكن ضمن حدود ضيقة ، على سبيل المثال ، من 46 إلى 1500 بايت. يتم تزويد كل حزمة برأس يحدد معلومات العنوان المطلوبة لتسليم الحزمة إلى العقدة الوجهة ، بالإضافة إلى رقم الحزمة الذي ستستخدمه العقدة الوجهة لتجميع الرسالة.

يتم نقل الحزم عبر الشبكة كوحدات معلومات مستقلة. تستقبل محولات الشبكة الحزم من العقد الطرفية ، وبناءً على معلومات العنوان ، ترسلها إلى بعضها البعض ، وفي النهاية إلى العقدة الوجهة.

تختلف محولات شبكة الحزمة عن محولات القنوات من حيث أنها تحتوي على ذاكرة تخزين مؤقت داخلية لتخزين الحزم مؤقتًا إذا كان منفذ إخراج المحول في وقت استلام الحزمة مشغولاً بإرسال حزمة أخرى. في هذه الحالة ، تكون الحزمة لبعض الوقت في قائمة انتظار الحزم في ذاكرة التخزين المؤقت لمنفذ الإخراج ، وعندما تصل قائمة الانتظار إليها ، يتم إعادة توجيهها إلى المحول التالي. يسمح نظام نقل البيانات هذا بتنعيم تموج حركة المرور العمود الفقريبين المفاتيح وبالتالي استخدامها بأكثر الطرق فعالية لزيادة عرض النطاق الترددي للشبكة ككل.

في الواقع ، بالنسبة لزوج من المشتركين ، سيكون من الأكثر فعالية تزويدهما بقناة اتصال بديلة للاستخدام الفردي ، كما يتم تقديمها في شبكات تبديل الدوائر. باستخدام هذه الطريقة ، سيكون وقت التفاعل لزوج من المشتركين في حده الأدنى ، حيث سيتم نقل البيانات من مشترك إلى آخر دون تأخير.

تعمل شبكة تبديل الرزم على إبطاء تفاعل زوج معين من المشتركين. ومع ذلك ، فإن المقدار الإجمالي لبيانات الكمبيوتر المرسلة بواسطة الشبكة لكل وحدة زمنية باستخدام تقنية تبديل الحزمة سيكون أعلى من تقنية تبديل الدارة.

عادةً ، إذا كانت سرعة الوصول المقدمة متساوية ، فإن شبكة تبديل الحزم تكون أرخص مرتين إلى ثلاث مرات من شبكة تبديل الدارات ، أي شبكة الهاتف العامة.

كل من هذه المخططات ( تبديل الدائرة الكهربية (تبديل الدائرة) أو تبديل الحزمة (تبديل الحزم)) لها مزاياها وعيوبها ، ولكن وفقًا للتنبؤات طويلة المدى للعديد من الخبراء ، ينتمي المستقبل إلى تقنية تبديل الحزم ، باعتبارها أكثر مرونة وشمولية.

تعد شبكات التبديل بالدائرة مناسبة تمامًا لتبديل البيانات بمعدل ثابت ، عندما لا تكون وحدة التبديل عبارة عن بايت واحد أو حزمة بيانات واحدة ، ولكنها عبارة عن تدفق بيانات متزامن طويل الأجل بين مشتركين.

يمكن تقسيم كل من شبكات تبديل الحزمة وشبكات تبديل الدارات إلى فئتين وفقًا لمعيار آخر - على الشبكات ذات التبديل الديناميكيوالشبكات مع تخفيف دائم.

في الحالة الأولى ، تسمح الشبكة بإنشاء الاتصال بمبادرة من مستخدم الشبكة. يتم إجراء التبديل طوال مدة جلسة الاتصال ، ثم (مرة أخرى بمبادرة من أحد المستخدمين المتفاعلين) يتم قطع الاتصال. بشكل عام ، يمكن لأي مستخدم على الشبكة الاتصال بأي مستخدم آخر على الشبكة. عادةً ما تكون فترة الاتصال بين زوج من المستخدمين مع التبديل الديناميكي من بضع ثوانٍ إلى عدة ساعات وتنتهي عند الانتهاء من بعض الأعمال - نقل ملف أو عرض صفحة من نص أو صورة ، إلخ.

في الحالة الثانية ، لا توفر الشبكة للمستخدم القدرة على إجراء تبديل ديناميكي مع مستخدم شبكة تعسفي آخر. بدلاً من ذلك ، تسمح الشبكة لزوج من المستخدمين بطلب اتصال لفترة طويلة [من الوقت. لم يتم إنشاء الاتصال من قبل المستخدمين ، ولكن من قبل الموظفين الذين يقومون بصيانة الشبكة. عادةً ما يتم قياس الوقت الذي يتم فيه إنشاء التبديل الدائم بعدة أشهر. غالبًا ما يشار إلى وضع التشغيل الدائم في شبكات تبديل الدارات على أنها خدمة. مخصصةأو القنوات المؤجرة.

من أمثلة الشبكات التي تدعم التبديل الديناميكي شبكات الهاتف العامة وشبكات المنطقة المحلية والإنترنت.

تدعم بعض أنواع الشبكات كلا وضعي التشغيل.

هناك مشكلة أخرى يجب معالجتها عند إرسال الإشارات وهي المشكلة التزامن المتبادل بين مرسل جهاز كمبيوتر مع مستقبل آخر ... عند تنظيم تفاعل الوحدات داخل الكمبيوتر ، يتم حل هذه المشكلة بكل بساطة ، لأنه في هذه الحالة تتم مزامنة جميع الوحدات من مولد ساعة مشترك. يمكن حل مشكلة المزامنة في اتصالات أجهزة الكمبيوتر بطرق مختلفة ، سواء عن طريق تبادل نبضات الساعة الخاصة على خط منفصل ، أو باستخدام التزامن الدوري بواسطة رموز محددة مسبقًا أو نبضات ذات شكل مميز يختلف عن شكل نبضات البيانات.

انتقال غير متزامن ومتزامن.عند تبادل البيانات على الطبقة المادية ، تكون وحدة المعلومات قليلاً ، وبالتالي ، فإن وسائل الطبقة المادية تحافظ دائمًا على مزامنة البتات بين جهاز الاستقبال والمرسل.

ومع ذلك ، عندما تكون جودة خط الاتصال رديئة (يشير هذا عادةً إلى قنوات التبديل عبر الهاتف) ، لتقليل تكلفة المعدات وزيادة موثوقية نقل البيانات ، فإنهم يقدمون أموال إضافيةالتزامن على مستوى البايت.

يسمى هذا الوضع من العمل غير متزامنأو بدء توقف.سبب آخر لاستخدام وضع التشغيل هذا هو وجود أجهزة تولد بيانات بايت في أوقات عشوائية. هذه هي الطريقة التي تعمل بها لوحة مفاتيح الشاشة أو أي جهاز طرفي آخر ، حيث يقوم الشخص بإدخال البيانات للمعالجة بواسطة الكمبيوتر.

الخامس الوضع غير المتزامنكل بايت من البيانات مصحوب بإشارات خاصة "بدء" و "توقف". الغرض من هذه الإشارات هو ، أولاً ، إخطار المستقبِل بوصول البيانات ، وثانيًا ، إعطاء المستقبل وقتًا كافيًا لأداء بعض الوظائف المتعلقة بالمزامنة قبل وصول البايت التالي.

يُطلق على الوضع الموصوف اسم غير متزامن لأنه يمكن إزاحة كل بايت قليلاً في الوقت المناسب بالنسبة لمعدلات البت للبايت السابق.

يتم حل مهام التبادل الموثوق للإشارات الثنائية ، الممثلة بالإشارات الكهرومغناطيسية المقابلة ، في شبكات الكمبيوتر بواسطة فئة معينة من المعدات. على الشبكات المحلية ، هذا محولات الشبكة، وفي الشبكات الواسعة - معدات نقل البيانات ، التي تنتمي إليها ، على سبيل المثال ، أجهزة المودم المدروسة. يقوم هذا الجهاز بترميز وفك تشفير كل بت معلومات ، ومزامنة إرسال الإشارات الكهرومغناطيسية عبر خطوط الاتصال ، والتحقق من صحة الإرسال بواسطة المجموع الاختباري ، ويمكنه إجراء بعض العمليات الأخرى.

أسئلة المراقبة:

3. ما هي خطوط الاتصال المستخدمة في شبكات الحاسوب؟

4. ما هي خطوط الاتصال الواعدة؟

5. كيف يتم إرسال الإشارات الثنائية في الشبكة؟ ما هو التعديل؟

6. ما هو المودم المستخدم؟

7. ما هو نقل البيانات التسلسلي والمتوازي؟

8. ما هي اتصالات أحادية الاتجاه وأحادية الاتجاه وثنائية الاتجاه؟

9. ما هو تحويل الاتصال؟

10. ما هما الطريقتان الرئيسيتان لتبديل الاتصال؟

11. ما هو تبديل الحزم وما هي ميزته؟

12. متى يُنصح باستخدام تبديل الدارة؟

13. شرح مفاهيم نقل البيانات غير المتزامن والمتزامن؟