Структура систем телекоммуникаций

 

 

Телекоммуникации предполагают удаленное общение между субъектами, когда непосредственный контакт невозможен. Субъекты такого общения могут быть одушевленными – люди и неодушевленными – средства вычислительной техники или иные электронные приборы. Для передачи информации в системах телекоммуникаций используются коммуникационные сети. Внутри такой сети осуществляется генерация, передача, прием и хранение информации, представленной в принятой форме [19].

Коммуникационная сеть состоит из узлов и линий передачи. В узлах осуществляется преобразование информации, а линия передачи является физической средой, по которой распространяется сигнал (электрический, если мы говорим о коаксиальном кабеле или витой паре или луч света, в случае с волоконно-оптическим кабелем).

ПРИМЕЧАНИЕ

Понятие канал связи мы рассмотрели ранее, здесь стоит отметить, что примером канала может быть полоса частот, выделенная приемо-передающей аппаратуре при радиосвязи.

Передача информации происходит с помощью различных систем телекоммуникаций – телефонные сети, спутниковые системы связи, системы сотовой радиосвязи, вычислительные сети и пр. С помощью факсимильной связи мы передаем текстовую информацию, голос через телефонные линии, а видеоинформацию через телевидение.

Все системы телекоммуникаций, по сути, являются системами передачи данных. Такая система укрупнено может быть представлена тремя компонентами – передатчиком информации (источником), каналом передачи информации и приемником (получателем) (рис. 6.1).

В том случае если по каналу передачи информации осуществляется дуплексная передача1, тогда источник и приемник могут быть объединены для обеспечения одновременного приема и передачи данных.

1 Двустороння передача

 

Рис. 6.1. Структура простейшей системы передачи данных

Но точность такого представления не отвечает требованиям, предъявляемым к изучающим данную дисциплину. При рассмотрении подобных систем следует выделять семь составляющих, которые их образуют1 (рис. 6.2):

  • оконечное оборудование данных в точке А;

  • интерфейс между оконечным оборудованием данных в точке А и аппаратурой канала данных А;

  • аппаратура канала данных в точке А;

  • канал передачи между точками А и В;

  • аппаратура канала данных в точке В;

  • интерфейс между оконечным оборудованием данных в точке В и аппаратурой канала данных В;

  • оконечное оборудование данных в точке В.

1 Здесь имеется ввиду передача между двумя точками А и В

Рис. 6.2. Структура системы телекоммуникаций

Сейчас в средствах массовой информации, в периодических изданиях и научно-популярной литературе мы все чаще встречаем словосочетания телекоммуникационная компания и телекоммуникационные услуги. Телекоммуникационные услуги предоставляют огромное число компаний. Структуру систем телекоммуникаций мы рассмотрим на примере двух систем – телефонной и спутниковой связи.

Самая популярная система телекоммуникаций – коммутируемая телефонная сеть общего пользования (PSTNPublic Switched Telephone Network). Как следует из названия, применяется данная система для передачи голоса при телефонных разговорах, а также факсимильных сообщений. Последние несколько лет PSTN применяется для соединения домашних пользователей (как правило) с глобальной сетью Интернет.

На рис. 6.3 представлена типичная структура телефонной сети. Каждый телефон соединен при помощи двух медных проводов с ближайшей оконечной телефонной станцией. Двухпроводное соединение между телефоном каждого абонента и оконечной телефонной станцией называется местной линией связи [12]. 

Рис. 6.3. Структура системы связи между абонентами на средней дистанции

Если два абонента подключены к одной оконечной телефонной станции, то соединение между ними установится непосредственной на этой станции на все время разговора (при условии конечно, если один позвонит другому). В противном случае, соединение будет осуществляться с одной из нескольких междугородних станций, с которыми имеет соединение оконечная телефонная станция, посредством канала, называемого междугородным.

ПРИМЕЧАНИЕ

Если местные линии связи всего мира соединить в одну непрерывную линию, то их можно будет протянуть до Луны и обратно 1000 раз!

Часто бывает так, что у абонентов нет общей междугородной станции, тогда соединение устанавливается на иерархическом уровне, стоящем выше. Междугородные станции объединены в сеть, состоящую из первичных, секционных и региональных коммутаторов. Все эти станции (коммутаторы) связываются друг с другом высокоскоростными межстанционными линиями.

Еще одной заметной системой телекоммуникации, составляющей в последнее время достойную конкуренцию проводным наземным медным и оптическим линиям связи является спутниковая связь. Принцип работы этих систем достаточно прост. На некоторой орбите вокруг Земли вращается искусственный спутник, на котором размещена приемо-передающая аппаратура, принимающая сигнал с Земли, усиливающая его и передающая обратно на Землю. Размещение спутников на орбите задача очень сложная и трудность эта обусловлена рядом причин. Во-первых, необходимо учесть период обращения спутника вокруг Земли. Во-вторых, спутник должен быть размещен внутри трех зон, разделенных поясами Ван Аллена (области скопления частиц с большим зарядом, находящиеся под воздействием магнитного поля Земли и способные вывести из строя спутник).

ПРИМЕЧАНИЕ

Например, чтобы покрыть всю территорию Земли нужно на высоту 35 000 км запустить 3 спутника или на высоту 10 000 км 10 спутников.

Спутники бывают трех видов – геостационарные (вращаются на большой высоте, на геостационарной орбите), средневысотные (располагаются между двумя поясами Ван Аллена) и низкоорбитальные (под нижним поясом Ван Аллена).

Наиболее известным направлением в системах геостационарной спутниковой связи, пожалуй, является VSAT (Very Small Aperture Terminal, рис. 6.4). Наземные станции имеют небольшой размер и антенну диаметром всего 1 м. Скорость работы в направлении «Земля – спутник» не велика и составляет всего 19,2 Кбит/c, а в направлении «спутник - Земля» 512 Кбит/c. Это заметьте, значительно ниже, скорости работы оптоволоконных линий связи или даже медных проводов!

Рис. 6.4. Структура системы спутниковой связи VSAT

Однако такой скорости вполне достаточно для организации широковещательного спутникового телевидения. На рис. 6.4 изображен концентратор (хаб), который необходим для организации связи микростанций VSAT между собой, т.к. для непосредственной связи мощности их передатчиков не хватает. Концентратор распределяет трафик между несколькими микростанциями. Недостаток такой системы очевиден – задержки при передаче сигнала, а вот достоинство с лихвой его перекрывает, т.к. указанная конфигурация обладает крайне низкой стоимостью услуг для конечного пользователя. Более того, стоимость передачи информации не зависит от расстояния на которое она передается. Это означает, что поговорить с Нью-Йорком и соседом из квартиры напротив стоит одних и тех же денег.

ПРИМЕЧАНИЕ

Спутниковые антенны VSAT питаются от солнечных батарей и стоят значительно дешевле кабельных систем, покрывающих аналогичную территорию, а это крайне актуально если учесть то обстоятельство, что половина людей на земном шаре живет как минимум в часе ходьбы от ближайшего ТЕЛЕФОНА!

Важно помнить, что с точки зрения безопасности и конфиденциальности информации спутниковый трафик – общественный транспорт, т.е. он доступен всем желающим. Поэтому без алгоритмов шифрования и криптографической защиты информации просто не обойтись.

В качестве примера рассмотрим три системы спутниковой связи, развернутые западными компаниями для предоставления услуг передачи информации.

Первым коммерческим проектом был Iridium, инициированный фирмой Motorola в 1990 году. Иридий – 77-й элемент таблицы Менделеева и ровно такое же число спутников планировалось запустить на околоземную орбиту, однако в силу ряда причин запустили только 66. Идея состояла в том, что на место исчезающего из вида спутника будет тотчас приходить следующий, получается своеобразная карусель [12]. К сожалению, из-за финансовых разногласий с партнерами запустить проект удалось только в 1998 году, когда тяжелые и большие спутниковые телефоны с трудом могли составить полноценную конкуренцию шагнувшей далеко вперед сотовой связи. Поэтому Iridium, который в 1999 году стоил 5 млрд. долл. был свернут и продан за символическую сумму в 25 млн. долл. Реанимирован и вновь запущен он был лишь в марте 2001 года.

Отличительная особенность этой системы состоит в том, что трафик передается с помощью персональных устройств, имеющих связь непосредственно с группировкой спутников. Спутники вращаются по околоземной полярной орбите на высоте 750 км, образуя ожерелье, ориентированное вдоль линий долготы1. Всего Землю опоясывают шесть таких ожерелий, причем каждый спутник имеет до 48 ячеек2. Поэтому всю поверхность Земли, наподобие пчелиных сот, покрывают 1 628 ячеек. На один спутник приходится 3 840 каналов связи, а на все спутники – 253 400 [12].

Следующий проект спутниковой системы связи – Globalstar. Он построен на группировке численностью 48 низкоорбитальных спутников. Спутники Iridium сами являются маршрутизаторами сигнала (это требует установки на них очень сложного оборудования) и передают его по цепочке. В Globalstar принятый спутником сигнал отправляется обратно на Землю и захватывается крупной наземной приемо-передающей станцией рядом с домиком Санта-Клауса. Маршрутизация осуществляется между такими станциями, разбросанными по всему миру. Наземная цель сигнала – ближайший к требуемому абоненту наземный маршрутизатор, а через находящийся рядом с ним спутник вызов поступает абоненту. Плюсы очевидны – дорогостоящее сложное оборудование устанавливается на Земле, а не вращается недоступным по орбите, а использование приемо-передающих станций позволяет снизить мощности передаваемых сигналов [12].

И, наконец, проект Teledesic, который ориентирован на пользователей Интернета и обеспечивает канал связи «Земля – спутник» с пропускной способностью 100 Мбит/с, а «спутник - Земля» 720 Мбит/c.

ПРИМЕЧАНИЕ

Идейными вдохновителями развертывания Teledesic выступили Крейг МакКоу (пионер мобильной связи) и Билл Гейтс (основатель Microsoft) в 1990 году. Их не устраивала скорость передачи данных, которую предоставляют кабельные телефонные компании.

Teledesic состоит из 30 спутников с увеличенным следом на поверхности Земли. Передача сигнала осуществляется в высокочастотном диапазоне с широкой полосой пропускания.

1 По одному спутнику на 32º долготы

2 Пятен от лучей сигналов

 


Лекция добавлена 28.02.2013 в 02:32:07