TVORBA OBSAHOV PRE E-LEARNING
projekt realizovaný s finančnou pomocou ESF
OSI model – princípy fyzickej vrstvy
multimediálna učebnica
Žilinská univerzita v Žiline
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Obsah
1. ÚVOD .................................................................................................................................... 3
2. VRSTVOVÉ MODELY SIETE............................................................................................. 3
2.1 Dôvody pre vytvorenie vrstvového modelu ................................................................. 3
2.2 Príklad vrstvového modelu ľudskej komunikácie........................................................ 3
3 VRSTVOVÝ REFERENČNÝ MODEL ELEKTRONICKEJ KOMUNIKAČNEJ SIETE ... 4
3.1 Vrstvy RM OSI ............................................................................................................ 5
Dôležité štandardy na rôznych úrovniach OSI modelu sú na obr. 3. ................................. 6
3.1.1 Princíp komunikácie vo vrstvovom modeli............................................................ 6
3.1.2 Služby vo vrstvovom modeli .................................................................................. 9
3.1.3 Funkcie vrstiev OSI modelu ................................................................................ 10
3.1.4 Prenosové dátové jednotky.................................................................................. 12
4 Sieťová architektúra TCP/IP ................................................................................................. 13
5 Porovnanie modelu OSI a architektúry TCP/IP .................................................................... 14
6 Fyzická vrstva ....................................................................................................................... 16
6.1 Základné funkcie fyzickej vrstvy................................................................................. 16
6.2 Ďalšie funkcie a služby fyzickej vrstvy ....................................................................... 17
6.3 Signály v komunikačných sieťach............................................................................... 17
6.3.1 Grafické znázornenie signálov ............................................................................ 18
6.3.2 Matematické vyjadrenie signálov........................................................................ 19
6.3.3 Parametre pre hodnotenie signálu...................................................................... 20
6.4 PDU – Protocol Data Unit fyzickej vrstvy ................................................................. 24
6.5. Vytváranie fyzického spojenia................................................................................... 25
Sériový a paralelný prenos dát ......................................................................................... 25
Synchrónny a asynchrónny prenos................................................................................... 26
6.6 Štandardizované rozhrania pripojenia ma fyzickú vrstvu.......................................... 26
6.7. Prenos signálu.......................................................................................................... 30
6.7.1 Vlastnosti prenosových kanálov .......................................................................... 30
6.7.2 Charakteristiky prenosových médií..................................................................... 32
6.7.3 Typy prenosových médií ...................................................................................... 32
6.7.3 Prispôsobenie signálu prenosovému médiu ........................................................ 39
6.7.4 Modulácie signálu ............................................................................................... 42
Typy modulácií ........................................................................................................................ 42
Analógové modulácie............................................................................................................... 43
Amplitúdová modulácia AM............................................................................................ 43
Frekvenčná a fázová modulácia, FM, PM........................................................................ 44
Analógové modulácie s digitálnym modulačným signálom ............................................ 44
Impulzné modulácie ................................................................................................................. 46
Nekvantované impulzné modulácie ................................................................................. 46
Kvantované impulzné modulácie ..................................................................................... 46
Použitie modulácií.................................................................................................................... 47
6.8 Viacnásobný prenos signálu....................................................................................... 48
6.8.1 Frekvenčný multiplex, FDM (Frequency Division Multiplex) ........................... 49
6.8.2 Časový multiplex, TDM (Time Division Multiplex) ............................................ 49
6.8.4 Vlnový multiplex, WDM (Wavelenght Division Multiplex)................................. 50
6.9 Prenosové systémy ..................................................................................................... 51
6.9.1 Prenosové systémy FDM..................................................................................... 51
6.9.2 Prenosové systémy TDM ..................................................................................... 52
6.9.3 Prenosové systémy WDM .................................................................................... 53
2
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
1. ÚVOD
Navrhnúť a realizovať komunikačnú sieť je zložitá úloha, ktorá vyžaduje dodržiavanie
rôznych kritérií a požiadaviek tak, aby bolo možné implementovať rôzne technológie
v jednotlivých častiach siete, a aby komunikácia bola na požadovanej úrovni kvality.
K tomu, aby elektronické komunikačné siete mohli flexibilne poskytovať súčasné a aj budúce
služby, je potrebné vytvoriť úplnú sieťovú architektúru. Sieťová architektúra predstavuje
štruktúru riadenia komunikácie v systémoch, čo je špecifikované súborom činností,
umožňujúcich výmenu informácie medzi dvomi a viacerými subjektmi.
Skôr než je vytvorená sieťová architektúra, vytvára sa abstraktná predstava o komunikačnom
systéme na základe modelov. Model je všeobecne zjednodušené zobrazenie systému a jeho
popis metódou analógie. Model je určitá predstava, plán, reprezentácia alebo popis
znázornenia hlavného objektu, alebo spolupracujúcich objektov v systéme. Pre komunikačný
systém možno vytvoriť viac modelov, prostredníctvom ktorých je možné získať predstavu
o činnosti a návrhu komunikačných sietí. Najviac používané sieťové modely sú vrstvové
modely (layers models). Základom všetkých vrstvových modelov je referenčný model OSI
(Open System Interconnection). Jeho princípy sú obsahom tejto publikácie.
2. VRSTVOVÉ MODELY SIETE
2.1 Dôvody pre vytvorenie vrstvového modelu
Vytvorenie vrstvových modelov sietí si vyžiadalo množstvo úloh, ktoré boli spojené
s návrhom elektronických komunikačných sietí. Dátové siete a potreba rozširovania možností
používateľov vyžadovala zložitosť technického a programového vybavenia všetkých častí
komunikačných sietí. Komunikácia a jej riadenie sa stávali čím ďalej, tým viac, zložitejším
problémom. Preto sa pristúpilo k rozdeleniu komunikačného procesu na niekoľko dielčích
procesov, ktoré predstavovali všeobecnejšie problémy riešenia. Každý takýto proces sa
označil ako pojem vrstva (layer). Vrstva je tu fiktívnym pojmom, ktorý v sebe zahrňuje
vlastnosti technického alebo programového vybavenia konkrétneho komunikačného
zariadenia, ktoré vykonáva určité funkcie. Rozčlenenie do vrstiev odpovedá hierarchii
činností, ktoré sa pri riadení komunikácie v elektronických komunikačných sieťach
vykonávajú. Požiadavky kladené na komunikačnú sieť sú tak dekomponované na menšie
celky, ktoré sa riešia samostatne a nezávisle na sebe.
2.2 Príklad vrstvového modelu ľudskej komunikácie
Princíp mechanizmu vrstvového riadenia je možné vysvetliť aj na inom komunikačnom
prostredí ako je komunikačná sieť. Komunikácia medzi dvoma zariadeniami a použitie
protokolov pre komunikáciu sa dá vysvetliť na nasledujúcom príklade komunikácie dvoch
cudzincov, obrázok 1. Každý z nich ovláda len svoj jazyk a preto si musia na vzájomnú
komunikáciu zaobstarať prekladateľku do spoločného jazyka. Vzájomne si obaja cudzinci
vymieňajú svoje myšlienky, komunikujú medzi sebou. Z pohľadu skutočného prenosu
informácie je táto komunikácia virtuálna nie reálna. V skutočnosti svoje informácie
odovzdávajú svojim prekladateľkám a tie ďalej spolu komunikujú prostredníctvom
komunikačného média, napríklad pomocou telefónu.
Ak sa na tento príklad pozrieme ako na vrstvový model, uvidíme na najvyššej vrstve dva
subjekty, ktorými sú cudzinci, ktorý chcú spolu komunikovať. Na to aby bola táto
komunikácia úspešná, využívajú služby nižšej vrstvy, ktorými sú prekladateľky. Táto vrstva si
musí najprv dohodnúť jazyk, v ktorom bude realizovaná komunikácia. Keď je toto splnené,
3
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
opäť sa komunikácia posunieme o vrstvu nižšie, napríklad k telefónnej službe, alebo poštovej
službe. Cudzinci využívajú služby prekladateliek, čo je nižšia vrstva, prekladateľky využívajú
telefonovanie alebo poštu, čo je rovnako služba nižšej vrstvy. Pravidlá, ktoré dodržiavajú pri
komunikácii sa všeobecne označujú ako protokoly.
Pojem komunikácia je tu vnímaný z dvoch pohľadov. Komunikácia v zmysle výmeny
obsahu vo vodorovnom smere, medzi cudzincami, medzi prekladateľkami, a skutočný prenos
informácie komunikáciu vo zvislom smere. cudzinec – prekladateľ, prekladateľ – telefón.
Obr. 1. Trojvrstvová komunikácia (animácia)
3 VRSTVOVÝ REFERENČNÝ MODEL ELEKTRONICKEJ
KOMUNIKAČNEJ SIETE
Prvý štandard pre vrstvový model elektronickej komunikačnej siete bol vytvorený
medzinárodnou štandardizačnou organizáciou ISO (International Organisation for
Standardisation) a názov štandardu je Reference Model of Open Systems Interconnection Referenčný model prepojovania otvorených systémov – OSI. V praxi sa obvykle označuje
skratkou RM OSI alebo len ISO-OSI. Ako norma ISO má číslo 7498, a súčasne bol prevzatý
aj organizáciou CCITT - Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphoniqe, ako
jej štandard X.200.
Dôvod pre štandardizáciu spôsobil vývoj dátových a počítačových sietí rôznych koncepcií
a od rozličných výrobcov, ktoré na začiatku vývoja neboli kompatibilné. Preto vznikla
naliehavá potreba jednotného štandardu, pre vzájomné prepojovanie komunikačných
a počítačových systémov pochádzajúcich od rôznych výrobcov.
Slová Reference Model, alebo referenčný model majú zdôrazniť, že celý štandard nie je
jedným konkrétnym návrhom spôsobu, ako riešiť vzájomné prepojovanie v konkrétnej
komunikačnej sieti, ale je spoločným rámcom či vzorom, podľa ktorého by malo byť
vzájomné prepojovanie elektronických komunikačných systémov v sieťach riešené. Prívlastok
otvorený - open zdôrazňuje, že systém, vyhovujúci štandardu je schopný vzájomného
prepojenia zo všetkými ostatnými systémami v sieti na celom svete, ktoré vyhovujú tomuto
štandardu. Ide predovšetkým o základné programové vybavenie sietí, ktoré bezprostredne
4
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
ovláda technické prostriedky siete/sieťový hardvér a ich prostredníctvom prevádzku celej
elektronickej komunikačnej siete.
Model OSI zostal sa tak stal iba sieťovým modelom, ktorý vytvára teoretickú predstavu
o určitom počte vrstiev a o tom, čo ktorá vrstva má robiť. Neobsahuje konkrétne požiadavky,
ako má ktorá vrstva svoje úlohy plniť. Funkcie konkrétnej technológie sú vyvíjané samostatne
a sú špecifikované v protokoloch, ktoré sú neskôr implementované do modelu konkrétnej
technológie. Ak je vrstvový model vytvorený pre konkrétnu technológiu, potom sa označuje
ako sieťová architektúra alebo protokolový sieťový model príslušnej technológie.
Príkladom je asi najznámejšia sieťová architektúra TCP/IP.
OSI model pokrýva celú problematiku komunikácie. Stal sa východiskovým modelom pre
tvorbu sieťovej architektúry. Tento model je teoretickým základom pre realizáciu
komunikačných sietí.
3.1 Vrstvy RM OSI
Referenčný model OSI rozdeľuje komunikáciu medzi dvoma komunikačnými zariadeniami A
a B do siedmych vrstiev, ktoré sú znázornené na obrázku 2.
SystémA
Systém B
Aplikačná
vrstva
Aplikačná
vrstva
Prezentačná
vrstva
Prezentačná
vrstva
Relačná
vrstva
Relačná
vrstva
Transportná
vrstva
Transportná
vrstva
Sieťová
vrstva
Sieťová
vrstva
Sieťová
vrstva
Sieťová
vrstva
Spojová
vrstva
Spojová
vrstva
Spojová
vrstva
Spojová
vrstva
Fyzická
vrstva
Fyzická
vrstva
Fyzická
vrstva
Fyzická
vrstva
Komunikačná sieť
Obr. 2. Sedem vrstvový referenčný model OSI
Riešenie komunikácie podľa modelu OSI spočíva v dekompozícii na hierarchicky
usporiadané vrstvy (layers). Medzi jednotlivými vrstvami príslušného systému sú
špecifikované rozhrania (interfaces), ktoré zabezpečujú súčinnosť susedných vrstiev. Každá
vrstva má na starosti zaistenie presne vymedzeného okruhu funkcií. Mechanizmy, pomocou
ktorých príslušná vrstva tieto funkcie zaisťuje potom ponúka ako svoje služby k využitiu
bezprostredne vyššej vrstve. Vyššia vrstva využíva služby vrstvy bezprostredne nižšej a sama
ponúka svoje služby vrstve bezprostredne vyššej. Príslušné vrstvy plnia zabezpečujú
odpovedajúce v spolupráci s rovnoľahlými vrstvami komunikujúceho zariadenia. Partneri pri
komunikácii v sieti sú preto tie vrstvy, ktoré sa nachádzajú na rovnakej hierarchickej úrovni
vrstiev.
5
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Rovnoľahlé vrstvy musia dodržovať spoločné pravidlá vzájomnej komunikácie, ktoré sa
všeobecne označujú ako protokoly (protocols), a sú špecifické pre zaistenie funkcií príslušnej
vrstvy. Protokol je tak súbor pravidiel, ktoré rovnoľahlé vrstvy vrstvového modelu používajú
pre vzájomnú komunikáciu. Pre jednu vrstvu môže byť špecifikovaných viac rôznych
protokolov, označovaných aj ako sústava/rodina protokolov (protocol suite).
Referenčný model ISO-OSI nešpecifikuje žiadne konkrétne protokoly, pomocou ktorých by
funkcie jednotlivých vrstiev mali byť realizované. Referenčný model len vymedzuje
jednotlivé vrstvy a špecifikuje funkcie, ktoré by tieto vrstvy mali riešiť. Protokoly a služby
pre jednotlivé vrstvy vznikajú ako samostatné štandardy, alebo sú štandardy prevzaté z iných
organizácií. Postupne tak vznikali a stále vznikajú, či sú preberané protokoly, definujúce
možné spôsoby realizácie jednotlivých vrstiev ISO-OSI modelu. Princíp vrstvového modelu
má mnoho výhod. Najvýraznejšia výhoda je v tom, že pri zmene protokolu v jednej vrstve nie
je potrebné meniť protokoly v iných vrstvách.
Pravidlá vrstvových modelov nie sú špecifikované len pre referenčný model ISO-OSI.
Prijímajú ich za svoje všetky existujúce sieťové modely a architektúry a líšia sa v tom, koľko
vrstiev špecifikujú a aké funkcie im prisudzujú. Konkrétny systém vrstiev, služieb, funkcií
a protokolov potom tvorí vrstvovú sieťovú architektúru príslušnej technológie, pričom
referenčný model tvorí jej základ.
Dôležité štandardy na rôznych úrovniach OSI modelu sú na obr. 3.
Obr. 3 Dôležité štandardy OSI modelu
3.1.1 Princíp komunikácie vo vrstvovom modeli
Každá zo siedmych vrstiev OSI modelu vykonáva skupinu jasne definovaných funkcií
potrebných pre komunikáciu. Pre svoju činnosť využíva služieb nižšej vrstvy a svoje služby
poskytuje vyššej vrstve. Podľa referenčného modelu nie dovolené vynechávať vrstvy, ale
niektoré vrstvy nemusia byť aktívne. Také vrstvy sa označujú nulové alebo transparentné.
Kľúčové komponenty komunikačného procesu tak tvoria:
6
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Vrstvová služba, ktorá predstavuje množinu funkcií, ktoré príslušná vrstva poskytuje
nadradenej vrstve. Pre službu sú používané aj pojmy poskytovateľ služby a používateľ služby.
Poskytovateľ služby je nižšia vrstva a používateľ služby je vyššia vrstva.
Entita, funkčná jednotka pre poskytovanie služby.
Funkcia, aktivita entity (funkčnej jednotky),
Protokol, ktorý je súhrnom pravidiel, podľa ktorého prebieha dialóg medzi vzdialenými
entitami.
Proces komunikácie prostredníctvom vrstvového modelu možno popísať nasledovne. Na
začiatku vznikne požiadavka v aplikačnej vrstve. Príslušný podsystém požiada o službu
prezentačnú vrstvu. V rámci aplikačnej vrstvy je komunikácia s protiľahlým systémom
riadená aplikačným protokolom. Podsystémy v prezentačnej vrstve sa dorozumievajú
prezentačným protokolom. Takto sa postupuje stále nižšie až k fyzickej vrstve, kde sa použije
pre spojenie prenosové prostredie/prenosové médium. Súčasne sa v zdrojovom systéme pri
prechode z vyššej vrstvy k nižšej pridávajú k používateľským (aplikačným) dátam záhlavia
jednotlivých vrstiev. Tak dochádza k postupnému zapuzdrovaniu (encapsulate) pôvodnej
informácie. U príjemcu sa riadiace informácie jednotlivých vrstiev postupne spracovávajú a
vykonávajú ich funkcie. Dochádza k „odpuzdrovaniu“ zapuzdrených dát, a v aplikačnej vrstve
objavia len prenášané používateľské dáta.
Zapuzdrovanie pribalí k dátam pred prenosom po komunikačnom médiu potrebné informácie
jednotlivých protokolov. Dáta tak pri „ceste cez vrstvy OSI modelu“ získajú ďalšie
informácie, ktoré sa označujú ako záhlavie a zápätie, alebo hlavička (header). Znázornenie
zapuzdrenia je na obr. 4.
A
B
Dáta
Aplikačná
vrstva
Prezentačná
vrstva
Relačná
vrstva
rh
Transportná
vrstva
Transportná
vrstva
th
Sieťová
vrstva
Fyzická
vrstva
Prezentačná
vrstva
ph
Relačná
vrstva
Spojová
vrstva
Aplikačná
vrstva
ah
Sieťová
vrstva
sh
st
sh
Bity
Spojová
vrstva
Fyzická
vrstva
Obr. 4 Zapuzdrenie dát
Pri zapuzdrovaní sa pri každom príchode na novú vrstvu blok prenášaných informácií zväčší
o blok informačných dát príslušnej vrstvy. Keď sa blok dát dostane až k najnižšej vrstve,
nasleduje už iba samotné fyzické médium, cez ktoré sa výsledný blok prenáša. Výmena
informácií medzi rovnoľahlými vrstvami je uskutočňovaná pomocou protokolu každej vrstvy
cez bloky, označované ako protokolárne dátové jednotky (PDU). Obrázok 5 zobrazuje
všeobecnú protokolovú dátovú jednotku PDU OSI modelu. Táto PDU obsahuje záhlavie
7
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Aplikačná
Relačná
Spojová
Transportná
Sieťová
Linková
Fyzická
a zápätie s kontrolnými informáciami (PCI) a používateľské informácie označené ako dáta
(SDU).
DÁTA
PCI Protocol Control Information -záhlavie
SDU Service Data Unit
PCI Unit zápätie
PDU Protocol Data Unit
Obr. 5 Všeobecný OSI protokol
Aby dáta boli prenesené od zdroja k cieľu, každá vrstva OSI modelu zdroja musí
komunikovať pomocou pre ňu špecifického PDU so svojou rovnoľahlou vrstvou cieľa. Táto
forma komunikácie je označovaná ako peer-to-peer komunikácia a je znázornená na obr.6.
A
PDU
Entit
nvrstva
EB
ntita
nvrstva
Obr.6 Peer- to- peer komunikácia
Komunikácia medzi entitami rovnakých vrstiev dvoch komunikujúcich systémov nie fyzická ale
virtuálna. Virtuálna je v tom zmysle, že medzi nimi nie je vytvorený žiadny priamy komunikačný
kanál. Princíp virtuálnej komunikácie, znázornený na obr.7, je nasledovný. Na vysielacej strane sa
PDU - protocol data unit entity n+1vej vrstvy ako blok informácií prenesie do nižšej vrstvy cez
softvérový port označovaný ako SAP - Service Access point. Každý SAP je označený unikátnym
identifikátorom, spravidla číslom portu. Blok informácií prechádzajúci entitami vrstvy n a n+1
pozostáva z kontrolnej informácie a SDU – service data unit, ktorá je zároveň PDU – protocol data
unit vrstvy n+1. Entita n-tej vrstvy používa svoje PCI na vytvorenia záhlavia, ktoré je pripojené
k SDU a tak vytvára PDU n-tej vrstvy. Na prijímacej strane n-tá vrstva použije záhlavie na vykonanie
protokolu a doručí SDU odpovedajúcej n+1 vrstve.
Poskytovanie a používanie vrstvovej služby je realizované pomocou service primitive, ktorými sú:
•
•
•
•
Žiadosť (Request)
Indikácia (Indication)
Odpoveď (Response)
Potvrdenie (Confirmation)
Entita
n+1
vrstvy
Entita
n+1
vrstvy
Indication
Request
Respons
Confirmation
8
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Rozhranie
Obr. 7Vrstvové služby
Funkcie jednotlivých primitív služieb - service primitive sú nasledovné:
•
•
•
•
Request – generuje entita používateľa služby, aby vyvolal určitú službu
a odovzdal poskytovateľovi služby parametre potrebné k úplnej špecifikácii
požadovanej služby.
Indication – generuje entita poskytovateľ služby, aby upozornil „svojho“
používateľa služby, že partnerský používateľ služby (na vzdialenom systéme)
vyvolal akciu.
Response –generuje entita používateľa služby, aby potvrdil, že bola dokončená
procedúra v predošlom kroku, ktorú používateľ vyvolal.
Confirmation –generuje entita poskytovateľa služby a dáva tak správu pre entitu
používateľa služby o výsledku procedúry, ktorú vyžadoval predošlou požiadavkou
- primitiv request.
3.1.2 Služby vo vrstvovom modeli
Služby poskytované príslušnou vrstvou môžu byť nespojovo alebo spojovo orientované.
Pri spojovo orientovaných službách je vytvárané virtuálne spojenie, ktoré má 3 fázy:
1. Vytvorenie spojenia medzi 2 vrstvami cez SAP. Nastavenie obsahuje
dohodnutie parametrov spojenia.
2. Prenos SDU pomocou protokolov.
3. Zrušenie spojenia a uvoľnenie alokovaného miesta pre spojenie.
Pri nespojovo orientovaných službách tento proces nie je potrebný, pretože sa SDU posiela
priamo cez SAP bez vopred vytvoreného spojenia. V tomto prípade, však musia kontrolné
informácie v SDU obsahovať všetky adresné informácie na jej prenos.
Služby poskytované vrstvami môžu byť potvrdzované alebo nepotvrdzované. Záleží to na
tom, či odosielateľ musí byť informovaný o výsledku alebo nie. Príklad potvrdzovanej
a nepotvrdzovanej služby je na obr. 8.
9
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Služba nepotvrdzovaná
používateľ
poskytovateľ
N
Služba potvrdzovaná
používateľ
N-1
N
T1
používateľ
N
request
indication
request
poskytovateľ
používateľ
N-1
N
indication
T1
T2
T2
confirmation
response
T3
T4
Obr. 8 Príklady potvrdzovanej a nepotvrdzovanej služby
3.1.3 Funkcie vrstiev OSI modelu
Aplikačná vrstva
- funkciou vrstvy je poskytovať služby koncovému používateľovi, umožňujúce komunikáciu
medzi aplikačnými procesmi. Medzi typické služby tejto vrstvi patria:
• File Transfer Protocol (FTP)
• Elektronická pošta
• Virtual Terminal System...
- zastupuje služby, ktoré priamo podporujú užívateľské aplikácie
Aplikačná vrstva sprístupňuje informačno-komunikačným systémom a ich službám
prostredie OSI.
Prezentačná vrstva
- funkciou tejto vrstvy je príprava služieb pre aplikačnú vrstvu k interpretácii vymieňajúcich
dát. Pripravuje ich interpretáciu tak, aby komunikujúce aplikačné procesy svoje dáta najprv
transformovali do spoločného štandardného formátu, preniesli ich, a nakoniec transformovali
späť. Teda, snaží sa o zhodu v syntaxi a sémantike (kódovanie/ASCII, kompresia, šifrovanie).
Prezentačná vrstva koordinuje kódovanie a syntax vymieňaných dát.
Relačná vrstva
- funkcia relačnej vrstvy je kontrolu dát a synchronizácia. Po vytvorení relácii, spojenia
medzi dvoma procesmi, nastáva fáza prenosu dát, pri ktorej môže dôjsť ku chybám. Pri
rozpoznaní a korekcii chyby niektorou z nižších vrstiev, je možné v posielaní po odstránení
chýb opäť pokračovať, aj napriek tomu, že by sa muselo znovu naviazať spojenie.
10
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
- služby poskytujúce prezentačnej vrstve slúžia na vytvorenie, sledovanie a ukončenie
logických spojení
Relačná vrstva poskytuje informačným systémom nástroje pre riadenie a synchronizáciu
ich dialógov.
Transportná vrstva
funkciou vrstvy je príprava obsluhy pre vyššiu vrstvu. Oslobodzuje relačnú vrstvu od
nutnosti určenia optimálnej cesty, kontroly toku dát, preťaženia a chýb na tejto úrovni.
Protokoly tejto vrstvy prijímajú správy z vyšších vrstiev a pripravujú bloky informácií
nazývaných segmenty alebo datagramy, pre prenos medzi zariadeniami. Prijaté časti správ
musia byť v tom istom poradí, ako boli vyslané.
transportné spojenie sa môže zdať ako koncový bod transportného spojenia. Ale medzi
rovnakým párom transportných adries môže existovať viacej transportných spojení.
od služby transportnej vrstvy sa očakáva naviazanie spojenia, prevedenie
(uskutočnenie) prenosu medzi koncovými zariadeniami a jeho ukončenie. V prípade detekcie
chyby transportnou vrstvou, musí byť o tom relačná vrstva informovaná.
Transportná vrstva upravuje bloky informácií pre prenos medzi koncovými zariadeniami
a zabezpečuje kvalitu spojenia na požadovanú úroveň.
Sieťová vrstva
služby sieťovej vrstvy slúžia pre primárne vytvorenie optimálnej cesty v sieti, to
zahrňuje aj sieťové adresovanie a usporiadanie poradia prenášaných fragmentov v paketoch
funkcia tejto vrstvy je smerovanie, riadenie toku a poskytovať prenos dát v
komunikačnej sieti formou prepojovania paketov, alebo prepojovaním okruhov
služba prepojovania paketov spočíva v smerovaní paketov od zdrojového zariadenia k
cieľovému, zvyčajne prechádzajúcich cez množstvo prepojovacích liniek a uzlov, v ktorých
sa smerovanie vykonáva. Smerovacie protokoly sú procedúry, ktoré vyberajú cestu v sieti.
Uzly musia spolupracovať, aby smerovanie bolo efektívne, a preto je táto vrstva
najkomplexnejšia v referenčnom modeli.
Sieťová vrstva smeruje tok dát organizovaných do paketov.
Spojová/ linková vrstva
funkcie vrstvy poskytujú zahajovanie a ukončenie prenosu, synchronizáciu a reguláciu
dátového toku, zabezpečovanie a opravu chýb pri prenose, fyzické adresovanie, prenos
rámcov (bloky informácií) medzi dvoma uzlami. Vrstva rozdeľuje informácie na postupnosť
bitov, ktoré sa budú prenášať. Tiež však pripája kontrolné a adresné informácie. Táto vrstva
sa využíva hlavne vtedy, ak je komunikačné spojenie náchylné na chyby.
poskytuje sieťovej vrstve službu umožňujúcu prepojenie okruhov vo fyzickej vrstve
Protokoly, ktoré sa využívajú:
• BSC - Binary Synchronous Communications
• HDLC - High level Data Link Control procedure
• PPP - Point - to - Point Protocol
Spojová/linková vrstva mení tok bitov z fyzickej vrstvy na rámce a tak vytvára spoľahlivú
cestu prenosu dátových blokov/ rámcov medzi dvomi bodmi elektronickej komunikačnej
siete.
11
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Fyzická vrstva
táto vrstva pracuje na prenose bitov cez komunikačný kanál. Funkciou je príprava
funkčných, procedurálnych, mechanických, elektrických a elektronických prostriedkov pre
vytvorenie, udržanie a ukončenie dátového obvodu medzi koncovými zariadeniami. Teda, na
to bity prešli médiom, musia sa prispôsobiť dostať na médium a na vhodnom mieste dostať
späť na terminál v hodnej podobe.
Fyzická vrstva prenáša prostý prúd bitov prenosovým médiom.
Znázornenie úloh jednotlivých vrstiev je na obrázku v animácii
OSI_kurz final.swf
.
3.1.4 Prenosové dátové jednotky
Dáta, ktoré chceme preniesť vznikajú v zdroji a sú prenášané k cieľu. Každá vrstva je závislá
na službe nižšej vrstvy. Pre poskytnutie tejto služby používa nižšia vrstva zapuzdrenie, aby
vložila PDU z vyššej vrstvy do svojho dátového poľa. Potom pripojí potrebné záhlavia a
zápätia, ktoré táto vrstva k poskytovaniu svojej funkcie potrebuje. Ďalej sú dáta prenášané
dolu vrstvami OSI modelu a v každej vrstve sú pridávané ďalšie záhlavia a zápätia.
Keď vrstvy 7, 6 a 5 pridali svoje informácie, doplní štvrtá vrstva ďalšie informácie. Takéto
zoskupenie dát, tvorí PDU 4 vrstvy a označuje sa segment.
Sieťová vrstva poskytuje službu transportnej vrstve a transportná vrstva jej odovzdáva dáta.
Sieťová vrstva zapuzdruje dáta zo 4 vrstvy a pripojením hlavičky ich prenáša dáta rôznymi
prepojenými sieťami. Takto zostavená jednotka sa označuje paket. Je to PDU vrstvy 3.
Hlavička obsahuje informácie potrebné k prenosu, ako sú zdrojová a cieľová logická
adresa,....
Linková vrstva poskytuje službu sieťovej vrstve. Zapuzdruje informáciu od sieťovej vrstvy do
rámca, čo je PDU vrstvy 2. Hlavička rámca obsahuje napríklad fyzické adresy potrebné
k dokončeniu linkových funkcií. Linková vrstva poskytuje tak sieťovej vrstve službu
zapuzdrením informácií sieťovej vrstvy do rámca.
Fyzická vrstva poskytuje službu vrstve linkovej. Fyzická vrstva zakóduje linkový rámec do
postupnosti bitov pre prenos po prenosovom médiu na prvej vrstve.
Znázornenie referenčného modelu s vyznačením protokolov a prenosových jednotiek sú na
obr. 9
12
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
používateľ
používateľ
protokoly aplikačnej úrovne
aplikačná
protokoly prezentačnej úrovne
prezentačná
aplikačná
prezentačná
protokoly relačnej úrovne
relačná
protokoly transportnej úrovne
transportná
relačná
transportná
blok
segment
paket
sieťová
sieťová
sieťová
sieťová
linková
linková
linková
linková
rámec
fyzická
fyzická
bit
Protokoly
Uzol-uzol
fyzická
fyzická
protokoly
sieť- používateľ
Obr. 9 Protokoly a prenosové jednotky v RM OSI
4 Sieťová architektúra TCP/IP
TCP/IP sieťová architektúra je množina protokolov, ktorá umožňuje komunikáciu cez viaceré
siete rozličných typov. Táto architektúra sa vyvinula z pôvodného zámeru prenosu paketov
cez tri nasledovné siete: paketová prepojovacia sieť ARPANET, rádiová paketová sieť
a satelitná paketová sieť. Architektúra TCT/IP používa vrstvový model, ale nie sú v nej
špecifikované všetky vrstvy RM OSI
Sieťová architektúra TCP/IP pozostáva zo štyroch vrstiev, ktoré sú znázornené na obr. 10.
Aplikačná
vrstva
Transportná
vrstva
Internetová
vrstva
Sieťové
rozhranie
Obr. 10 TCP/IP sieťová architektúra
13
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Aplikačná vrstva poskytuje aplikačné programy, ktoré na rozdiel od OSI modelu
komunikujú priamo s transportnou vrstvou. Protokoly využívané v aplikačnej vrstve sú
napríklad TELNET, FTP, SMTP, DNS.
Transportná vrstva bola navrhnutá tak, aby umožňovala komunikáciu medzi koncovými
zariadeniami. Táto vrstva využíva dva protokoly, TCP (Transmision Control Protocol), ktorý
poskytuje spoľahlivý spojovo orientovaný prenos bytov a UDP (User Datagram Protocol),
ktorý na rozdiel od TCP nezaisťuje spoľahlivosť prenosu. Protokol TCP je spojovanou
službou, príjemca priamo potvrdzuje prijímané dáta, protokol UDP prenáša dáta pomocou
datagramov, nezaujíma sa o to, či boli doručené.
Sieťová/internetová vrstva zabezpečuje, aby sa jednotlivé pakety dostali od odosielateľa až
k svojmu skutočnému príjemcovi, cez všetky brány a smerovače. Tejto vrstve sa tiež hovorí aj
IP vrstva, podľa protokolu, ktorý používa (IP protokol).
Vrstva sieťového rozhrania zabezpečuje všetko, čo je spojené s ovládaním konkrétnej
prenosovej cesty, s priamym vysielaním a prijímaním dátových paketov. Ďalej táto vrstva nie
je bližšie špecifikovaná, pretože je závislá na použitej prenosovej technológii. Vrstvu môže
tvoriť relatívne jednoduchý ovládač, ale môže ju predstavovať aj veľmi zložitý systém.
Sieťová architektúra TCP/IP je architektúrou siete internet. Princípy komunikácie po
vrstvách, vysvetľované pre RM OSI, platia aj v tejto architektúre.
5 Porovnanie modelu OSI a architektúry TCP/IP
OSI model aj TCP/IP architektúra majú toho mnoho spoločného. Oba sú založené na
používaní postupnosti nezávislých vrstvových protokolov. Tiež funkčnosť vrstiev je približne
rovnaká. Napriek týmto zásadným podobnostiam sú tu nasledovné odlišnosti.
OSI model bol navrhnutý skôr ako boli vytvorené nejaké príslušné protokoly určitej
technológie. OSI model bol použitý pri návrhoch dátových sietí podľa protokolu ITU T X.25.
Až zhruba do začiatku roku 1990, bola X.25 jedinou technológiou, ktorá bola používaná pre
dátové prenosy. Za dobu vývoja sa však zmenili mnohé z pôvodných predpokladov, z ktorých
koncepcia X.25 vychádzala. Napríklad spoľahlivosť prenosových ciest sa zlepšila a tak
výrazne poklesla i potreba silných mechanizmov pre zaistenie spoľahlivosti. Naopak výrazne
vzrástol dopyt po rýchlosti a celkovo priepustnosti prenosových častí siete. Zmena nastala i v
myslení, že spoľahlivý prenos je jediný žiaduci, zatiaľ čo nespoľahlivú prenosovú službu by
nikto nechcel. Naopak, ukázalo sa, že mnohé aplikácie dávajú prednosť rýchlosti a
pravidelnosti prísunu dát, zatiaľ čo spoľahlivosť si radšej zaistia samé, pretože tá ktorú by
poskytovala prenosová časť siete pre ne nie je dostatočná. Práve z tohto dôvodu je dnes X.25
považovaná často za prežitú, ale stále ešte používanú technológiu. Cesta ďalšieho vývoja, s
požiadavkou na čo najvyššiu efektívnosť prenosov viedla k ďalším technológiám (ATM,
internet), ktoré tiež používajú vrstvové modely, ale s iným počtom vrstiev.
Návrh architektúry TCP/IP využil princípy vrstvového modelu, ale špecifikoval ich až potom,
čo boli navrhnuté samotné protokoly. Rozdiel oproti OSI modelu je v počte použitých vrstiev.
Kým u OSI modelu je počet vrstiev sedem, pri TCP/IP modeli sa používajú iba štyri vrstvy.
TCP/IP považuje vrchné tri vrstvy OSI modelu (aplikačná, prezentačná a relačná) za jedinú
aplikačnú vrstvu. Na obrázku 11 je zobrazené porovnanie TCP/IP architektúry voči RM OSI.
14
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Aplikačná
Aplikačná
Prezentačná
Relačná
Transportná
Transportná
Sieťová
Internetová
Linková
Sieťové
rozhranie
Fyzická
Obr. 11 Porovnanie TCP/IP architektúry voči RM OSI
Ďalší rozdiel medzi RM OSI a TCP/IP architektúrou je v tom, že OSI model rozlišuje veľmi
jasne medzi troma základnými pojmami: služba, rozhranie, protokoly. Definícia služby
hovorí o tom, čo vrstva robí. Vrstvové rozhranie určuje vyšším procesom ako do neho
vstupovať. Určuje, aké sú parametre a aké výsledky očakáva, a nehovorí nič o tom, ako vrstva
vo vnútri pracuje. Až protokoly špecifikujú, ako vrstva služby využíva. Využíva len tie
služby, ktoré chce/potrebuje a môže ich meniť bez ohľadu na to, aké programy sa používajú
vo vyšších vrstvách. Tieto myšlienky sa zhodujú s myšlienkami objektovo orientovaného
programovanie. Objekt, ako samotná vrstva, má množinu metód (operácií), ktoré poskytuje.
Sieťová architektúra nerozlišuje striktne služby, rozhrania a protokoly a tak nedokáže
rozlišovať medzi špecifikáciou a implementáciou, aj keď bola snaha používať pojem
referenčný model TCP/IP. Sieťová architektúra je tak návodom, ako vytvárať sieť s určitou
technológiou. Iné technológie sa ním opísať nedajú. TCP/IP model nie je referenčný model,
pretože je použiteľný iba pre konkrétnu technológiu a potom je správne označenie TCP/IP
sieťová architektúra, alebo protokolový sieťový model TCP/IP.
Záver k vrstvovým modelom
Modely v komunikačných sieťach vyjadrujú, rovnako ako v iných použitiach, abstraktné
znázornenie konkrétneho komunikačného systému. Základným modelom pre vyjadrenie
komunikácie je Shannon - Weaverov model, ktorý je nielen pri elektronickej komunikácii, ale
aj pri ľudskej komunikácii. Tento model znázorňuje postupnosť komunikačných aktivít, le
nerieši mnohé problémy elektronickej komunikácie.
Druhým typom modelov sú modely fyzického usporiadania prvkov komunikačnej siete.
Dávajú prehľad nielen o topológii siete, ale aj o spolupráci viacerých typov sietí, ktoré sa
označuje interworking.
Tretím typom modelov sú vrstvové modely, ktoré na rozdiel od predošlých, sú abstraktným
vyjadrením komunikácie prostredníctvom protokolov. Protokolom je nazvaný súbor pravidiel,
ktoré sa používajú pre vzájomnú komunikáciu. Najvšeobecnejším vrstvovým modelom je
RM OSI Referenčný model Open System Interconnection, štandardizovaný podľa ISO aj
ITU. Princíp komunikácie po vrstvách je založený na poskytovaní služieb medzi
jednotlivými vrstvami cez špecifikované rozhrania. Je štandardom a základným modelom pre
vytváranie protokolových modelov rôznych technológií, ktoré sa označujú ako sieťové
architektúry. Príkladmi takýchto sieťových architektúr sú technológie TCP/IP, ATM, ISDN,
NGN. Sieťové architektúry sa porovnávajú s referenčným OSI modelom. Jednotlivé
protokoly rôznych technológií zaradené podľa OSI modelu sú v nasledujúcej tabuľke.
15
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
7 aplikačná
napr. HTTP, SMTP, SNMP, FTP, Telnet, SSH a Scp, NFS, RTSP
6 prezentačná napr. XDR, ASN.1, SMB, AFP
5 relačná
napr. TLS, SSH, ISO 8327 / CCITT X.225, RPC, NetBIOS, ASP
4 transportná napr. TCP, UDP, RTP, SCTP, SPX, ATP
3 sieťová
napr. IP, ICMP, IGMP, X.25, CLNP, ARP, RARP, BGP, OSPF, RIP, IPX,
DDP
2 linková
napr. Ethernet, Token ring, PPP, HDLC, Frame relay, ISDN, ATM, 802.11
WiFi, FDDI
1 fyzická
napr. elektrina, rádio, laser
6 Fyzická vrstva
6.1 Základné funkcie fyzickej vrstvy
Komunikácia prostredníctvom elektronických komunikačných sietí je zložitý problém, ktorý
začína pri fyzikálnych aspektoch prenosu signálu a končí napríklad pri webovej stránke
počítača, alebo uskutočnení telefónneho hovoru.
Preto aj model OSI začína fyzickou vrstvou (physical layer), označovanou číslom 1. Fyzická
vrstva je základná sieťová vrstva, poskytujúca prostriedky pre prenos. Fyzická vrstva
poskytuje elektrické a mechanické vlastnosti pre prenos informácie a plní funkčné
a procedurálne požiadavky k nadviazaniu, udržaniu a zrušeniu spojenia medzi entitami
linkovej úrovne. Táto vrstva je technologický závislá (Ethernet, ISDN, ATM, GSM,...), je
však protokolovo nezávislá. Príklad znázornenia je na obr. 12. Protokoly fyzickej vrstvy
špecifikujú možnosti pripojenia rôznych prenosových prostriedkov a zariadení, napríklad
káble, modemy a pod. V protokolových špecifikáciách musia byť určené:
• elektrické parametre signálu
• význam signálu a časový priebeh
• vzájomné nadviazanie riadiacich a stavových signálov
• zapojenie konektorov
• a mnoho iných parametrov technického a procedurálneho charakteru.
Obr. 12 Znázornenie fyzickej vrstvy
16
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Všeobecne fyzická vrstva špecifikuje prenos bitov od jedného systému k inému systému cez
prenosové médium. Preto základná funkcia fyzickej vrstvy je špecifikácia fyzickej
komunikácie, čo znamená:
¾ aktiváciu,
¾ udržovanie v aktívnom stave a
¾ deaktiváciu
fyzického spojenia medzi koncovými zariadeniami /systémami. Fyzické spojenie je
uskutočnené po fyzických prenosových médiách medzi dvoma alebo viacerými fyzickými
vrstvami. Fyzická spojenie obsahuje okrem prenosových médií aj ďalšie prostriedky potrebné
pre prenos a spolu tvoria komunikačný kanál alebo okruh pre prenos signálov. Signály sú
nosiče prenášanej informácie. Preto spracovanie signálov je prvá časť, ktorá sa venuje
fyzickej vrstve.
6.2 Ďalšie funkcie a služby fyzickej vrstvy
•
•
•
•
•
•
•
Sériová a paralelná komunikácia
Synchronizácia
Simplexné spojenie, polovičný duplex, plný duplex
Poskytnutie štandardizovaného rozhrania fyzickému prenosovému médiu závislé od
príslušnej technológie. Sem partia:
− Prenosové médiá
− Elektrická špecifikácia úrovne signálu a impedancie
− Mechanická špecifikácia elektrických konektorov a kabelov. Obsahuje
rozloženie pinov, napäťové úrovne a špecifikuje vlastnosti káblov.
− Rádiové rozhranie vrátane elektromagnetického spektra a špecifikácia
signálu, šírka pásma, atď.
− Špecifikácia pre infračervené žiarenie IR – infrared cez optické vlákno
alebo bezdrôtovú IR komunikačnú linku
− .....
Modulácie
Linkové kódovanie
Multiplexovanie
Fyzickej vrstvy sa týkajú aj :
•
•
•
Lineárny model
Point-to-point, multipoint alebo point-to-multipoint
Topológia fyzickej siete
6.3 Signály v komunikačných sieťach
Signál v komunikačných sieťach je fyzickým prostriedkom (nosičom) pre prenos alebo
spracovanie správ. Všeobecne je signál dohodnutý spôsob časových zmien základných
atribútov elektrického prúdu alebo intervalov svetelného toku.
17
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
6.3.1 Grafické znázornenie signálov
Signál je vyjadrovaný dvomi veličinami. Najčastejšie je to vyjadrenie časového priebehu
amplitúdy signálu. Amplitúda je spravidla fyzikálne vyjadrenie príslušného signálu. Signál
mení svoje hodnoty času i amplitúdy buď v ľubovoľných hodnotách, alebo sú tieto hodnoty
dané konečným súborom hodnôt. Podľa nadobudnutých hodnôt oboch vyjadrených veličín sú
rozlišované nasledujúce typy signálov:
• analógový (spojitý v oboch vyjadrených veličinách),
• diskrétny (nespojitý v jednej, alebo v oboch vyjadrených veličinách),
• digitálny alebo číslicový, ktorý je špeciálnym prípadom diskrétneho signálu
(nespojitý v čase aj amplitúde).
Príklady jednotlivých typov signálov pre časové priebehy amplitúd signálov sú na obr. 13.a
až 13.d.
spojitý čas
Obr. 13.a Signál spojitý v čase i v amplitúde
diskrétny čas
Obr. 13.b Signál diskrétny v čase i v amplitúde
spojitý čas
Obr. 13.c Signál spojitý v čase a diskrétny v amplitúde
18
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Podľa priebehu delíme signály na :
• periodické (pravidelne sa opakujúce v určitých časových intervaloch), zvláštne
označenie periodických signálov majú signály vyjadrené sínusovou a kosínusovou
funkciou a označujú sa ako harmonické signály,
• neperiodické (neopakujú sa v pravidelných intervaloch).
6.3.2 Matematické vyjadrenie signálov
Vyjadrenie signálu ako spojitá alebo nespojitá matematická funkcia, je nazývané matematický
model signálu. Vyjadruje sa dvojakým spôsobom.
1. Ako časová závislosť, kde amplitúda signálu je závislá na čase, A = F(t).
2. Ako frekvenčná závislosť, kde amplitúda signálu je závislá na frekvencii, A = F(f),
resp. fázová závislosť, kde fáza je závislá na frekvencii P = F(f).
Matematickým modelom analógového signálu v časovej oblasti je matematická funkcia, alebo
mnohočlen. Napríklad matematickým modelom najjednoduchšieho analógového signálu je
funkcia:
A(t) = Amax . sin(2πf.t + ϕ0),
kde Amax je maximálna amplitúda signálu, f je frekvencia, t čas, ϕ0 je počiatočná fáza signálu.
Takýto signál sa nazýva sínusový signál. Signál vyjadrený sínusovou, nebo kosínusovou
funkciou sa nazýva harmonický signál.
Matematickým modelom diskrétneho signálu v časovej oblasti je postupnosť čísel:
.....,x(t-2), x(t -1), x(t0), x(t1), x(t2 ),...
Všetky typy signálov sa vyjadrujú tromi veličinami:
amplitúdou A
•
frekvenciou f
•
fázou ϕ.
•
Amplitúda u elektrických signálov sa vyjadruje elektrickým výkonom, napätím, alebo
prúdom.
Frekvencia u harmonických signálov charakterizuje periodické opakovanie funkcie a je daná
prevrátenou hodnotou periódy f = 1/ T. Zložitejšie signály majú viac frekvencií. Celkový
výkon signálu je rozdelený medzi jednotlivé frekvencie. Dá sa dokázať, že akýkoľvek zložitý
signál je daný súčtom harmonických signálov s rôznou amplitúdou, frekvenciou a
počiatočnou fázou. Toto tvrdenie platí aj opačne. Akýkoľvek zložitý signál je možné rozložiť
na množstvo harmonických signálov. Postup rozkladu nazývame harmonická analýza a
výsledný produkt rozkladu sa nazýva frekvenčné spektrum. Šírka frekvenčného spektra
(bandwith) je dôležitý parameter na charakterizovanie signálu a prenosového kanálu.
Frekvenčné spektrum signálu má dve časti:
• amplitúdové frekvenčné spektrum
• fázové frekvenčné spektrum.
19
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Ilustračný príklad vzťahu medzi časovým priebehom periodického obdĺžnikového signálu a
jeho frekvenčnými spektrami je na obr. 14. Matematický aparát používaný k prevodu signálu
z časovej oblasti do frekvenčnej a naopak je známy ako Fourierova transformácia.
frekvencia
čas t
frekvencia
Obr. 14. Časový a frekvenčný priebeh signálu
spektrum signálu.swf
6.3.3 Parametre pre hodnotenie signálu
Úroveň signálu (Signal Level)
Úroveň signálu, niekedy tiež označovaná ako hladina signálu, vyjadruje pomernú hodnotu
príslušnej fyzikálnej veličiny amplitúdy signálu. Fyzikálnou veličinou môže byť napätie,
prúd, výkon. Pre pomerné vyjadrenie sú používané vzťahy absolútnej úrovne LA, alebo
relatívnej úrovne LR.
LA = 10 log
P
Po
LA = 20 log
U
Uo
[dB]
LR = 10 log
P
Px
LR = 20 log
U
Ux
Úroveň je vyjadrovaná ako logaritmus pomeru príslušnej veličiny amplitúdy vo vzťahu
k referenčným hodnotám. Ak je referenčná hodnota daná normou označujeme ju ako
absolútna úroveň LA, ak je referenčná hodnota daná iným vyjadrením, označuje sa ako
relatívna úroveň LR.
Referenčné hodnoty boli zvolené podľa refernčného obvodu na obrázku 15. Sú nasledovné:
U = 0,775 V, P = 1 mW, I = 1,29 mA.
Obr. 15. Referenčný obvod
20
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Jednotky úrovne sú decibely, dB.
Tlmenie signálu (Signal Damping)
Pri prenose signálu po vedení vznikajú straty, ktoré spôsobujú zmenšenie amplitúdy signálu,
čo je možné zistiť porovnaním úrovní na vstupe a výstupe prenosovej cesty/ kanálu. Veľkosť
tlmenia sa vyjadruje mierou tlmenia. Tá vyjadruje pomer medzi vstupným a výstupným
výkonom prenosovej cesty. Tlmenie vstupného a výstupného signálu je na obr. 3. 4.
a = 10 log
P1
P2
[dB]
Obr. 16. Tlmenie signálu
Oneskorenie signálu /časový posuv signálu (Signal delay)
Rýchlosť, ktorou sa šíria signály je v rôznych prenosových prostrediach rôzna. Napríklad
v kovových vodičoch je to približne 70% rýchlosti svetla, ktoré je približne 230 000 km/s.
Hlavne pri veľkých vzdialenostiach sa oneskorenie signálu môže prejaviť ako súčet
oneskorení všetkých dielčích prenosových trás a má výrazný vplyv na celkové oneskorenie
prenosu a na kvalitu prenosu informácie komunikačnou sieťou. Oneskorenie vstupného
a výstupného signálu je na obr. 3.5.
Obr. 17. Oneskorenie signálu
Skreslenie signálu (Signal deformation)
21
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Zmena tvaru časového priebehu signálu počas prenosu sa označuje skreslenie signálu. Veľké
skreslenie signálu môže viesť k chybnému vyhodnoteniu prijatej správy, ktorú signál nesie.
Príklad skreslenia signálu je na obr. 18.
Obr. 18. Skreslenie signálu
Odstup signál – šum (Signal-to-Noise Ratio - SNR)
Ak je signál prenášaný bezšumovým kanálom, znamená to, že hodnota jeho úrovne a tvar
signálu sa pri prenose nemenia. Ak je signál prenášaný kanálom, v ktorom je prítomný šum,
mení sa jeho tvar tým, že úroveň šumu sa pripočíta k úrovni signálu, ako je znázornené na
obrázku 3.7. Ak je úroveň signálu výrazne vyššia ako úroveň šumu, šum málo ovplyvní
prenášaný signál. Ak je úroveň signálu nízka a zrovnateľná s úrovňou šumu, rozpoznanie
užitočného signálu je zložité. Odstup signálu od šumu udáva pomer priemerného výkonu
amplitúdy signálu ku priemernému výkonu šumu. Označuje sa SNR a udáva sa spravidla
v decibeloch, dB.
Obrázok 19. Odstup signál - šum
Hodnota SNR je dôležitým parametrom pri určovaní správnosti prijatej informácie a aj pri
výpočte kapacity kanála.
Prenosová rýchlosť signálu
Pri digitálnych signáloch sú špecifikované prenosové veličiny: modulačná a prenosová
rýchlosť.
22
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Modulačná rýchlosť udáva počet zmien signálu vyslaných za jednotku času. Počíta sa ako
prevrátená hodnota času trvania signálového prvku τ
[Bd, s-1]
vm = 1/τ
Fyzikálny rozmer modulačnej rýchlosti je s-1 a pomenovaná je Baud (bód), skratka Bd.
Modulačná rýchlosť vm môže vyjadriť číselne množstvo informácie prenesenej signálom len u
signálu, ktorého modulačný parameter sa mení medzi dvomi stavmi, u tzv. dvojstavového,
binárneho signálu.
U viacstavových digitálnych binárnych signálov s počtom stavov N, kde
N = 2n , n = 1,2,...,
ktoré sa používajú pre prenosové účely, sa vo všeobecnosti používa pojem a miera prenosová
rýchlosť vp.
Prenosová rýchlosť je definovaná množstvom informácie, ktorý prenáša signál za časovú
jednotku. Dá sa vyjadriť vzťahom
vp = vm log2 N
[bit.s-1, s-1]
kde N je možný počet stavov amplitúdy číslicového signálu a vm je modulačná rýchlosť tohto
signálu. Miera prenosovej rýchlosti vp má rozmer s-1 ale vyjadruje sa v jednotkách [bit.s-1] .
Vyjadrenie prenosovej a modulačnej rýchlosti je na obr. 3.8.
Obr. 20. Vyjadrenie modulačnej a prenosovej rýchlosti
Pre dvojstavový digitálny signál je teda číselne veľkosť oboch rýchlostí rovnaká
Vp = vm
[bit.s-1, Bd]
Hodnotenie signálov
Signál je hodnotený z technickej stránky podľa troch vzájomne zviazaných veličín:
• Dynamický rozsah signálu Ds; predstavuje zmenu amplitúdy signálu. Tá je napríklad
pri prenose hlasu daná rozsahom hlasitosti hovoru. Pre praktické účely sa používa
označenie odstup amplitúdy signálu od amplitúdy šumu a hodnota dynamického
rozsahu signálu sa určuje ako odstup strednej hodnoty výkonu signálu Ps k strednej
hodnote výkonu šumu Pš. Odstup signálu od šumu sa počíta ako dekadický logaritmus
podielu uvedených hodnôt.
• Šírka pásma signálu Fs; je daná rozsahom frekvenčného spektra signálu od minimálnej
frekvencie fmin po maximálnu frekvenciu fmax.
23
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
•
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Doba trvania prvku signálu; je najmenšia časť signálu, ktorá sa musí dať rozoznať.
Napríklad pri digitálnom signáli je to doba trvania 1 bitu v jednotkách času.
Súhrn všetkých veličín je nazývaný objem signálu Vs.
6.4 PDU – Protocol Data Unit fyzickej vrstvy
Dátové jednotky prenášané fyzickou vrstvou sú bity. Preto je bit možné označiť za PDU
fyzickej vrstvy. Označenie bit reprezentuje v binárnej číselnej sústave hodnotu pri používaní
dvoch symbolov, spravidla 0 a 1. Označuje sa aj binary digits a je základnou jednotkou
ukladania informácie a digitálnej komunikácie. (V minulosti bol aj jednotkou informácie.)
V oblasti digitálnej komunikácie znamená hodnota 1 bit vyjadrenie časového intervalu dĺžky
trvania signálového prvku, ktorým je 0 alebo 1. V informatike je bit jednotkou na meranie
informačnej kapacity. 1 bit je najmenšou jednotkou kapacity pamäte. Odpovedá množstvu
informácie, na ktorú možno odpovedať ÁNO - NIE. V dvojkovej číselnej sústave sú tieto dva
stavy reprezentované číslicami 1 a 0, odtiaľ názov jednotky: bit je skratkou zo slov binary
digit - dvojková číslica. Väčšou jednotkou je bajt. Platí vzťah: 1 bajt = 8 bitů.
V prípade významu veľkosti pamäte je však rozdiel medzi prefixmi pri používaní jednotiek
vyšších rádov. Napríklad kilo neznamená 1 000, ale 1 024, čo je najbližšia mocnina 210. Tento
posun významu predpôn sa zažil v binárnej technológii adresovania operačnej pamäte
počítača. Predpony kilo-/mega-/giga- atď. sa používajú v binárnom zmysle vždy v súvislosti s
polovodičovými pamäťovými čipmi (RAM, ROM, FLASH atď.). Gigabajt (Gigabyte) GB, je
buď 109 (= 1 000 000 000) bajtov (pre dekadický systém) alebo 230 (= 1 073 741 824) bajtov,
ak použijeme binárnu sústavu.
Rovnaké dekadické predpony sa používajú aj pri komunikácii a pri prenosových rýchlostiach,
napríklad 1 kbit/s znamená 1000 bitov za sekundu.
Aby sa tento zmätok odstránil, odporučila IEC - International Electrotechnical Commission
pre mocniny čísla 2 blízke hodnotám SI používať nové predpony. Tento medzinárodný
štandard má číslo IEC 60027-2. Od roku 2004 je aj česká norma ČSN IEC 60027-2. Tabuľka
vyjadruje rozdiel v označení.
v•d•e
Quantities of bits
SI prefixes
Binary prefixes
Name
Standard Binary
Name
Value
(Symbol)
SI
usage
(Symbol)
kilobit (kbit)
103
210 kibibit (Kibit) 210 = 1 024
megabit (Mbit)
106
220 mebibit (Mibit) 220 = 1 048 576
gigabit (Gbit)
109
230 gibibit (Gibit) 230 = 1 073 741 824
terabit (Tbit)
1012
240 tebibit (Tibit) 240 = 1 099 511 627 776
petabit (Pbit)
1015
250 pebibit (Pibit) 250 = 1 125 899 906 842 624
exabit (Ebit)
1018
260 exbibit (Eibit) 260 = 1 152 921 504 606 846 976
zettabit (Zbit)
1021
270 zebibit (Zibit) 270 = 1 180 591 620 717 411 303 424
yottabit (Ybit)
1024
280 yobibit (Yibit) 280 = 1 208 925 819 614 629 174 706 176
24
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
6.5. Vytváranie fyzického spojenia
Fyzické spojenie môže byť dvojbodové (sériová linka) nebo mnohobodové (ethernet). Prístup
na prenosové médium môže byť vytváraný tromi spôsobmi:
• v základnom pásme
• v preloženom pásme
• kombináciou obidvoch spôsobov.
Prenos v základnom pásme znamená že prenášané dáta po vyjadrené hodnotami, 0 a 1, sú
reprezentované pomocou úrovní napätí na prenosovom médiu, napríklad jednou nulovou a
jednou nenulovou úrovňou, alebo jednou zápornou a jednou nezápornou úrovní. Používajú sa
aj zložitejšie spôsoby vyjadrenia logických hodnôt pomocou úrovní napätí, príkladom môže
byť. kód Manchester II ktorý sa používa u lokálnych sieťach Ethernet. Všetky tieto spôsoby
prenosu sú označované ako prenosy v základnom pásme - baseband transmissions.
Znázornenie je na obr. 21.
Obr. 21 Kódovanie v základnom pásme
Alternatívou k prenosu v základnom pásme je prenos v preloženom pásme - broadband
transmission pri ktorom je prenášaný taký signál, ktorý sa daným prenosovým médiom šíri
najlepšie, s najmenšími stratami). Typicky ide o pravidelne sa meniaci signál sínusového
priebehu (harmonický signál). Užitočná informácia sa prenáša prostredníctvom zmien v tohto
signálu. Harmonický signál je akýmsi nosičom, preto sa mu hovorí tiež nosný signál, alebo
nosná, (carrier), a užitočná informácia sa na ňu "nanáša". Tento postup sa označuje ako
modulácia (modulation). Priebeh je na obrázku 22.
Obr. 22. Preložené pásmo - modulácia
Sériový a paralelný prenos dát
Sériový prenos znamená, že pre prenos informácie od odosielateľa k príjemcovi je len jedna
dvojica vodičov (resp. u asymetrických rozhraní jeden vodič a spoločná zem), takže
jednotlivé bity každého znaku sa prenášajú postupne za sebou, to znamená sériovo.
25
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Paralelný prenos používa naraz osem vodičov, alebo násobok osem, to znamená, že všetky
bity prenášaného znaku sa môžu preniesť naraz, to znamená paralelne. Paralelný prenos sa
používa zvlášť v počítačoch na jeho zberniciach, ale aj pre komunikáciu s paralelnou
tlačiarňou. Existujú aj modemy využívajúce paralelné rozhraní.
Synchrónny a asynchrónny prenos
Pri synchrónnom prenose sa informácia prenáša po jednotlivých bitoch. Okamžiky prechodu
od prenosu jedného prenášaného bitu k prenosu ďalšieho bitu sú vždy rovnako vzdialené.
Príklad synchrónneho prenosu je na obrázku 23.
Obr. 23. Synchrónny prenos
Pri asynchrónnom prenose nie sú okamžiky prechodu od prenosu jedného bitu k prenosu
ďalšieho bitu rovnako vzdialené. Zvláštnym prípadom asynchrónneho prenosu dát je
arytmický prenos. U arytmického prenosu je prenos znakov asynchrónny, ale jednotlivé bity v
prenášanom znaku sa prenášajú synchrónne. Pokiaľ sa hovorí o asynchrónnom prenose,
väčšinou sa myslí asynchrónny arytmický prenos. Príklad asynchrónneho arytmického
prenosu je na obr. 24.
Obr. 24 Asynchrónny arytmický prenos znakov
6.6 Štandardizované rozhrania pripojenia ma fyzickú vrstvu
Dáta z pripojeného koncového zariadenia DTE (Data Terminal Equipment) sú prenášané na
fyzickú vrstvu cez ukončujúce zariadenie DCE (Data Curcuit-Terminal Equipment), ako je
znázornené na obr. 25. Tu dôjde k prispôsobeniu signálu prenosovému médiu. Toho sa
dosiahne zmenou jedného alebo viacerých parametrov signálu. Na prijímacej strane musí byť
spätný menič, ktorý vykoná opätovný prevod a vstup do koncového zariadenia.
26
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Obr. 25 Pripojenie na fyzickú vrstvu
Fyzické spojenie môže byť dvojbodové (sériová linka) nebo mnohobodové (ethernet),
v závislosti od použitej technológie.
Známy je v minulosti najviac používaný štandard RS-232, resp. jeho posledný variant RS232C, ktorý sa používa ako komunikačné rozhranie osobných počítačov a ďalšej elektroniky.
RS-232 umožňuje prepojenie a vzájomnú sériovú komunikáciu dvoch zariadení. Bity sa
prenášajú postupne za sebou (v sérii) po jednom vodiči. Dnes sa namiesto tohto štandardu
používa Univerzálne Sériové Rozhranie USB (Universal Serial Bus). V priemyslu je tento
štandard a zvlášť jeho modifikácia - štandardy RS-422 a RS-485, veľmi rozšírený a pre svoje
špecifické rysy tomu tak bude i naďalej. Na rozdiel od komplexnejšieho USB, štandard RS232 definuje iba to, ako preniesť určitú sekvenciu bitov a nezaoberá sa vyššími vrstvami
komunikácie. V OSI modeli tak predstavuje len fyzickú vrstvu.
Komutovaná linka, dial-up alebo vytáčaná linka sa používa pre pripojenie jedného počítača,
prípadne menšej počítačovej siete (3-5 počítačov). Jej hlavnou charakteristikou je, že ku
spojeniu zo sieťou internet dochádza len dočasne, a to cez verejnú telefónnu sieť. Príklad
vytvorenie fyzickej úrovne cez komutovanú linku je na obr. 26. Štandardy pre tento prístup sú
napríklad V.90, V.92.
Obr. 26 Komutovaná linka podľa odporúčania V.90
DSL technológie (Digital Subscriber Line), je digitálna zákaznícka prípojka, ktoré umožňuje
využiť existujúce telefónne rozvody alebo káblovú televíziu pre vysokorýchlostný prenos dát.
Štandardy rôznych typov DSL sú podľa ITU G.9xx. Fyzické usporiadanie xDSL prípojky je
na obr. 27.
27
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Obr. 3. 16 Usporiadanie xDSL prípojky
Obr. 27 DSL pripojenie
Pripojenie cez ISDN (Integrated Servives Digital Network) je poskytované existujúcimi
telefónnymi rozvodmi a poskytuje dva prístupy:
•
•
Základné pripojenie, Basic Rate je typ pripojenia, keď vo fyzicky jednom vedení
(jednej krútenej dvojlinke) sú dva dátové kanály B každý o kapacite 64 kb/s a jeden
signalizační kanál D o kapacite 16 kb/s.
Primárne pripojenie, Primary Rate je typ pripojenia, keď vo fyzicky jednom vedení je
tridsať dátových kanálov B, každý o kapacite 64 kb/s a jeden signalizační kanál D o
kapacite 64 kb/s.
ISDN je štandardizované v odporúčaniach I.110 – I.605. Rozhrania sú špecifikované
v odporúčaniach I.420 a I.421 a znázornené na obr. 28.
Obr. 28 Rozhrania v ISDN
V lokálnych sieťach LAN (Local Area Network) závisí voľba fyzického rozhrania na voľbe
linkového protokolu. Najčastejšie používané sú Ethernet, Fast Ethernet, Gigabitový Ethernet a
FDDI (Fiber distributed data interface). Protokoly sú štandardizované podia IEEE 802.3.
Protokoly Token Ring a Token bus sú málo používané. Samotná fyzická vrstva je vytváraná
v budovách a označuje sa ako štruktúrovaná kabeláž. Viac informácií je v hlasovej forme,
fyzické znázornenie je na obr. 29.
.
28
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Obr. 29 Rozvody v budovách
Ďalšou možnosťou realizovania fyzickej vrstvy je sieť GSM - Groupe Spécial Mobile.
Okrem telefónnej služby umožňuje aj prístup k internetu. Normy pre GSM vydává ETSI
(European Telecommunications Standards Institute). http://www.etsi.org.
GSM používa dve frekvencie:
•
•
Primárnu frekvenciu 900 MHz, keď je operátorovi priradený rozsah spravidla o šírke
25 MHz a to buď 890-915 MHz nebo 935 až 960 MHz.
Sekundárne frekvencie 1800 MHz, ktoré používa spravidla tiež dva rozsahy a to 17101785 MHz a 1805-1880 MHz. Šírka rozsahu je tak 75 MHz, tj. trikrát väčšia než u
frekvencie 900 MHz.
Zobrazenie rozhraní je na obr. 30.
o
o
Obr. 30 Rozhrania GSM
Ďalšie protokoly fyzickej vrstvy a ich internetové odkazy:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
EIA štandardy: RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485
ITU štandardy : ISDN, DSL T1, E1
10BASE-T, 10BASE2, 10BASE5, 100BASE-TX, 100BASE-FX, 100BASE-T,
1000BASE-T, 1000BASE-SX
SDH
electricity
radio
Bluetooth
IEEE 802.11 Wi-Fi fyzické vrstvy
FireWire
IRDA
29
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
•
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
USB
6.7. Prenos signálu
Prenosové médium je tá časť fyzickej vrstvy, ktorá fyzicky umožní prenos signálu z vysielača
do prijímača. Každý druh prenosového média má špecifické prednosti a preto o konkrétnom
použití rozhodujú vždy podrobné technicko-ekonomické rozbory.
Prenosové médiá
všeobecne poskytujú prenosu príslušnej správy komunikačný kanál, ktorým je signál, nesúci
správu prenášaný. Vlastnosti komunikačného kanála sú charakterizované parametrami,
ktorých hodnoty sú potrebné na prenos príslušného signálu. Neexistuje ideálny prenosový
kanál, preto je potrebné vyberať také prenosové médium, ktoré najlepšie splňuje parametre
kanála, potrebné pre prenos signálu.
6.7.1 Vlastnosti prenosových kanálov
Vlastnosti komunikačného kanála a prenášaného signálu musia byť v zhode. Preto aj
parametre pre posudzovanie vlastností prenášaného signálu a prenosového kanála sú
v princípe rovnaké. Z technického hľadiska posudzujeme kvalitu prenosu príslušného kanála
podľa podobných parametrov, akými je posudzovaný signál. Sú to nasledovné chrakreistiky:
• Dynamický rozsahu kanálu Dk, ktorý je špecifikovaný ako odstup signálu od šumu
v príslušnom kanáli. Tento pomer možno označiť tiež aj ako odolnosť proti rušivým
vplyvom v kanáli. Označuje sa tiež ako SNR – Signal to Noise Ratio.
• Šírka pásma prenosu kanála Fk , (bandwidth).
• Minimálna doba trvania signálového prvku, od ktorého je závislá maximálna
prenosová rýchlosť, (bit rate).
Súhrn všetkých posudzovaných veličín sa nazýva Priepustnosť prenosového kanálu Pk.
Pri prenose informácií je jedným z rozhodujúcich aspektov objem dát, ktorý je prenosový
kanál schopný preniesť za určitý čas. Vo vzťahu k parametrom objemu signálu Vs musí platiť:
Priepustnosť prenosového kanálu Pk musí byť väčšia alebo rovná objemu príslušného
prenášaného signálu.
Priepustnosť prenosového kanála sa označuje aj pojmom prenosová kapacita kanála.
Odstup signálu od šumu
Šírka pásma
Prenosová rýchlosť
Odstup signálu od šumu (Signal - Noise Ratio, SNR)
Odstup signálu od šumu predstavuje pomer výkonu signálu ku výkonu šumu v príslušnom
kanáli. Je rovnako špecifikovaná ako parameter signálu aj ako parameter kanála.
Ak označíme výkon signálu S a výkon šumu N pomer signál/šum je S/N. Jednotka pomeru sa
označuje decibel (dB).
Počíta sa podľa vzťahu: SNR = 10.log signál/šum.
Ak je pomer signál/šum 10 je SNR 10 dB, ak je 100 je to 20 dB a pre pomer 1000 je to 30 dB.
Šum je reprezentovaný vnútorne generovanými signálmi (biely šum, tepelný šum, impulzný
šum,...).
Šírka pásma ((bandwidth)
30
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Šírka pásma prenosového kanála F predstavuje interval frekvencií, ktoré je prenosový
kanál schopný preniesť. Jednotka šírky pásma je rovnaká ako jednotka frekvencie u signálu,
t.j. 1 Hz. V prípade telefónnych okruhov prenášajúcich frekvencie od 300 Hz do 3400 Hz, je
šírka pásma 3100 Hz, t.j. 3,1 kHz. Šírka pásma prenosových médií môže byť výrazne vyššia,
ako skutočne využívaná šírka pásma pre prenos určitého signálu.
Ak šírka pásma prenosového kanála je menšia ako šírka frekvenčného pásma prenášaného
signálu, nie sú prenesené všetky harmonické zložky signálu a prenesený signál je na
prijímacej strane skreslený oproti signálu na vstupe do prenosového kanála.
Prenosová rýchlosť
Prenosová rýchlosť je dôležitým parametrom kvality aj pre prenosové médiá. V predošlých
kapitolách sme sa venovali vzťahom medzi modulačnou a prenosovou rýchlosťou
prenášaného signálu.
Modulačná a tým aj prenosová rýchlosť prenosového kanála závisia aj od šírky prenosového
pásma. Všeobecne platí, čím väčšia je šírka pásma prenosového kanála, tým je väčšia
prenosová rýchlosť, ktorú možno dosiahnuť.
V prípade modulačnej rýchlosti je vzájomná závislosť veľmi jednoduchá a je daná
Nyquistovým teorémom:
v m = 2 . šírka pásma = 2.F
Maximálna modulačná rýchlosť je číselne dvojnásobkom šírky pásma.
Pre signál s počtom úrovní N môžeme možno určiť hodnotu prenosovej rýchlosti ak za
modulačnú rýchlosť dosadíme Nyquistovo kritérium.
v p = v m . log2 N
a tak dostaneme:
v p = 2 . šírka pásma . log2 N = 2F log2 N
Maximálne dosiahnuteľná prenosová rýchlosť je teoreticky číselne priamo úmerná šírke
pásma a počtu stavov prenášaného signálu. Často sa uvádza približný vzťah medzi šírkou
pásma v Hz a prenosovou rýchlosťou v bit/s ako 1:1 alebo 1:2.
Závislosť medzi prenosovou rýchlosťou a šírkou pásma prenosového kanála záleží však na
konkrétnej realizácii. Dosiahnuteľná prenosová rýchlosť je vždy daná súhrnom:
• fyzikálnych vlastností prenosového média (vodičov/ káblov apod.)
• vlastnosťami ďalších technických prostriedkov, ktoré prenosový kanál spoluvytvárajú
(napr. modemy, multiplexory a pod.)
Ako postupovať, aby sme dosiahli čo najvyššiu prenosovú rýchlosť? Môžeme žiadať od
prevádzkovateľa komunikačnej siete väčšiu šírku frekvenčného pásma. Šírka pásma, daná
použitou prenosovou cestou/prenosovým kanálom, býva tiež adekvátne spoplatnená. Čím
väčšiu šírku pásma si niekto chce vyhradiť, tým viac za ňu zaplatí. Ak chceme zvyšovať
prenosovú rýchlosť, možno to urobiť "extenzívne", zvyšovaním použitej prenosovej kapacity.
To ale môže byť tiež drahé. Vzniká tu otázka, či ponechať šírku prenosového pásma bez
zmeny, aby sa nezvyšovali náklady, a zvyšovať počet stavov prenášaného signálu, to znamená
hodnotu N. Ak by to bolo možné, znamenalo by to, že zdokonaľovaním technológie prenosu
by sa dala ľubovoľne zvyšovať aj prenosová rýchlosť. Nie lineárne ale logaritmicky.
Odpoveď na vyššie položenú otázku dal až zakladateľ modernej teórie informácie, Claudie
Shannon. Zistil, že ani najdokonalejšia technológia prenosu sa nikdy nedostane cez určitú
hranicu, ktorá je daná iba:
•
•
šírkou prenosového pásma
"kvalitou" prenosového kanála, vyjadrenou odstupom signálu od šumu.
31
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Skutočná závislosť maximálnej prenosovej rýchlosti na šírke pásma a kvalite kanála
vyjadreného odstupom signálu od šumu)je vyjadrená nasledovne:
vpmax = šírka pásma . log2(1 + signál/šum)= F. log2(1 + SNR)
Tento vzťah žiadnym spôsobom nevyjadruje dokonalosť technológie alebo parameter, ktorý
by sa dal meniť. Ide o principiálny limit, ktorý nezávisí od dokonalosti technológie, ktorá sa
bude používať. Napríklad kanál, ktorého F = 3000 Hz a s odstupom signálu od šumu 30 dB
nemôže preniesť viac ako 30 kbit/s, bez ohľadu na počet prenášaných úrovní signálu.
Ďalšie parametre prenosového kanála,
ktorými sa hodnotí prenos signálu a aj celková kvalita prenosu v komunikačnej sieti sú:
• oneskorenie
• chybovosť,
ktoré boli špecifikované v predošlých stránkach. Ich hodnoty sú dané nielen fyzikálnymi
vlastnosťami prenosového média ale aj spracovaním signálu pri prenose.
6.7.2 Charakteristiky prenosových médií
Prenosové médium je fyzické prostredie, ktorým je uskutočňovaný prenos signálu medzi
dvoma prvkami siete. Inak povedané, prenosové médiá sú fyzické prostredia, v ktorých sa šíri
elektromagnetický signál nesúci správu. Kvalita prenosových médií sa posudzujú aj podľa
toho ako ovplyvňujú prenášaný signál. Z tohto pohľadu sú posudzované nasledovné
parametre:
• Tlmenie, ktorým je znížený výkonu signálu prechodom cez prenosové médium.
Udáva sa v dB. Rozoznávame tlmenie napätia, prúdu a výkonu. Napríklad tlmenie
výkonu sa vypočíta:
P = 10 log (vstupný výkon / výstupný výkon signálu), ktorý je prenášaný prenosovým
médiom.
Tlmenie 3 dB znamená zníženie výstupného výkonu signálu na polovicu oproti
vstupnému výkonu.
• Fázový posun, ktorý udáva hodnotu fázového posuvu jednotlivých harmonických
zložiek signálu. V prenosovom médiu sú jednotlivé harmonické zložky prenášané
s rôznym fázovým posunom. Z hľadiska prenosu dát nie je až tak dôležitá hodnota
fázového posuvu, dôležitejšie je, aby všetky harmonické zložky mali rovnaký fázový
posuv.
• Skreslenie – deformácia jednotlivých harmonických zložiek signálu oproti vstupnému
signálu.
• Presluchy – interferencie vznikajúce pri súbežnom prenose viacerých médií alebo
kanálov v jednom prenosovom médiu. Signály z iných kanálov sa namodulujú na
prenášaný signál a spôsobujú tak rušenie v prenosovom kanáli.
6.7.3 Typy prenosových médií
V komunikačných sieťach sa používajú nasledujúce typy prenosových médií:
• metalické vedenia (metallic lines):
- symetrické: krútený pár (twisted pair)
- nesymetrické: koaxiálny kábel (coax cable)
• optické vlákna (optical fibre / fibre optic cables)
32
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
•
rádiové spoje (radio links):
- pozemské (terrestrial)
- satelitné (satellite)
Metalické vedenia a optické vlákna sú spolu označované ako pevné/drôtové prenosové
médiá. Rádiové spoje sú označované ako bezdrôtové prenosové médiá.
Metalické vedenia
Optické vlákna
Rádiové spoje
Záverečné zhodnotenie
Metalické vedenia
V súčasnosti sa z metalických vedení používajú prevažne káblové vedenia.
Káblové metalické vedenia môžu byť:
• symetrické: krútený pár (twisted pair)
• nesymetrické: koaxiálny kábel (coax cable)
Tab. 1 Orientačné využívanie pevných prenosových médií
Použitie
Súčasný stav
Trend
Budovy, vnútorná inštalácia krútený dvojpár
koaxiálny kábel, optický kábel
Pobočkové ústredne
krútený dvojpár
krútený dvojpár
Účastnícke vedenie
krútený dvojpár
krútený dvojpár, optický kábel
Diaľkové vedenie
krútený
kábel
LAN – Local Area Network koaxiálny
dvojpár
dvojpár,
kábel,
MAN – Metropolitan Area optický kábel
Network
koaxiálny optický kábel
krútený koaxiálny kábel , optický kábel
optický kábel
Krútený pár
Koaxiálny pár
Krútený pár
Krútený dvojpár je najpoužívanejším prenosovým médiom predovšetkým v miestnych
(prístupových) sieťach, kde slúži na pripojenie používateľov ku komunikačnej sieti
(telefónnej i dátovej).
• Krútený pár (Twisted Pair) tvoria 2 medené vodiče, ktoré sú skrútené do špirály s
rovnomerným stúpaním.
• Krútenie umožňuje minimalizovať elektromagnetickú interferenciu medzi pármi, ktoré
sa nachádzajú v tom istom kábli blízko seba.
• V jednom kábli môže byť aj niekoľko stoviek krútených párov.
• Krútený pár môže byť tienený (STP - Shielded Twisted Pai, FTP - Shielded Twisted
Pair) alebo netienený (UTP - Unshielded Twisted Pair).
• UTP káble sa používajú pre celé spektrum súčasne používaných technológií –
Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, ATM, ...
33
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Znázornenie krúteného páru je na obr. 31.a,b.
a)
b)
Obr. 31. Krútený dvojpár, a) netienený, b)tienený
Koaxiálny kábel
Koaxiálny kábel je v súčasnosti jedno z najpoužívanejších prenosových médií vo všetkých
typoch komunikačných sietí.
• diaľkových televíznych a telefónnych kanáloch,
• sieťach káblovej televízie CATV (Cable Television),
• a niekedy aj v lokálnych sieťach LAN (Local Area Network).
Koaxiálny kábel má dva rozdielne vodiče. Vnútorný vodič je uložený v pevnom dielektriku,
ktoré je obalené druhým vodičom, obvykle vo forme sieťky. Celý kábel je obalený izolačnou
vrstvou, ktorá ho chráni pred vonkajšími vplyvmi.
• Šírka frekvenčného pásma koaxiálneho kábla je 50 až 1000 MHz a dá sa ním
simultánne prenášať viac než 10 000 telefónnych hovorov a niekoľko TV programov.
• Umožňuje prenášať digitálne signály do prenosovej rýchlosti 800 Mbit/s.
• Koaxiálny kábel má vyššiu odolnosť voči všetkým druhom elektromagnetického
rušenia.
• Nevýhodami koaxiálnych káblov sú: náchylnosť k poruchovosti a technologické
obmedzenia (počet uzlov, rýchlosť).
34
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
vnútorný vodič
polyetylén
vonkajšia
izolácia
vonkajší vodič
Obr. 32 Koaxiálny kábel
Optické vlákna
Optické vlákna môžeme použiť pre celé spektrum komunikačných technológií. Optické
vlákna sa používajú na spojovanie v budovách a aj tam, kde je nutné realizovať spoj
vonkajším prostredím.
• Optické vlákno je tvorené skleneným alebo plastovým vláknom s priemerom 5 až 125
µm.
• Optické vlákno je tvorené jadrom, obalom a plášťom.
Šírenie lúča
Typy
Použitie
Výhody
Typy optických vlákien
Podľa typu šírenia lúča vláknom sa rozlišujú tri základné typy optických vlákien:
• mnohovidové vlákna (multividové – multi mode fiber) so skokovou zmenou indexu
lomu s priemerom jadra 100 až 400 µm,
• mnohovidové vlákna s gradientným priebehom indexu lomu s priemerom jadra 50 µm
a plášťa 125 µm,
• jednovidové vlákna (monovidové – single mode fiber) s priemerom jadra 5 až 10 µm a
plášťa 125 µm
plášť
obal
optické jadro
Obr. 33 Optické vlákno
Princíp šírenia svetelného lúča optickým signálom
Informácia je optickým signálom prenášaná svetelným lúčom. Svetelný lúč je
elektromagnetické vlnenie s veľmi vysokou frekvenciou rádovo THz.
Mnohovidové vlákno je vlákno, v ktorom sa svetelný lúč pohybuje odrážaním od obalu.
• Svetlo zo zdroja vstupuje do vlákna a dochádza k jeho lomu.
35
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
•
•
Časť svetla prechádza z jadra do obalu, kde sa absorbuje.
Podstatná časť svetelného lúča sa odráža od rozhrania jadro – obal späť do jadra a
postupuje smerom k prijímaču.
• Medzi vysielačom a prijímačom sa tak vytvárajú akoby mnohonásobné prenosové
cesty, ktoré majú rôzne doby prenosu signálu.
• To spôsobuje vidovú disperziu/rozptýlenie v čase a obmedzuje tak rýchlosť prenosu.
Monovidové vlákno odstraňuje problém odrazu tým, že má veľmi malý priemer jadra,
porovnateľný s dĺžkou svetla.
Kompromisným riešením medzi mnohovidovým a monovidovým vláknom je mnohovidové
vlákno s gradientovou zmenou indexu lomu. Požadovaný efekt sa dosiahne tým, že index
odrazu v smere od jadra k jeho okraju sa gradientne mení. Príklady typov optických vlákien
sú na obrázku 34.
r
a
ja d r o
p lá š ť
r
a
ja d r o
p lá š ť
r
a
ja d r o
p lá š ť
Obr. 34 Typy optických vlákien
Použitie optických vlákien
Optické vlákna môžeme použiť pre celé spektrum komunikačných technológií. Každý z typov
vlákien sa využíva k iným účelom:
• mnohovidové – krátke trasy (medzi miestnosťami, budovami) s menšími prenosovými
rýchlosťami, nižšia cena,
• mnohovidové gradientné vlákna – LAN pre vzdialenosti 260 m až 2 km v závislosti od
technológie,
• jednovidové – dlhé trasy, vysoké prenosové rýchlosti.
Výhody optických káblov
•
•
•
•
Značná šírka pásma – optická frekvencia sa pohybuje v rozsahu 1013 až 1016 Hz, šírka
pásma tak dosahuje rádovo THz.
Malé rozmery a váha – optické vlákna pre komunikačné účely majú veľmi malý
priemer, nepresahujúci priemer ľudského vlasu.
Bezpečnosť prenosu – optické vlákna sú vyrábané zo skla, alebo plastických
polymérov, čo sú izolačné materiály.
Nízke straty pri prenose – optické vlákna majú nízke hodnoty tlmenia, čím sa znižuje
cena i zložitosť prenosových zariadení a zvyšuje sa spoľahlivosť prenosu.
36
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Rádiové spoje
Pri rádiových spojoch je prenosovým prostredím vzduch. Na realizáciu prenosu využívajú
elektromagnetické vlny.
• Vzduch, podobne ako kov pri metalických vedeniach, nie je ideálnym prenosovým
médiom a spôsobuje tlmenie signálu.
• Nepriaznivé počasie, zvýšená vlhkosť, prípadne dážď zvyšuje tlmenie.
• Vplyv počasia na veľkosť tlmenia je výraznejší pri prenose vyšších frekvencií nad 10
GHz.
Pridelenie frekvencií
S rastom počtu rádiových smerových spojov pribudol i ďalší faktor – interferencia z iných
rádiových spojov. Preto je dôležité dodržiavať dohodnuté rozdelenie frekvencií na národnej i
medzinárodnej úrovni:
• Pásma 4-6 GHz a 11 GHz sú vyhradené pre diaľkové mikrovlné spoje.
• Pásmo 12 GHz je určené pre prenos TV signálu do siete káblovej televízie (CATV).
• 22 GHz mikrovlné spoje na krátke vzdialenosti.
• 10 GHz miestna distribúcia dát.
• Zvyšné pásma slúžia pre ďalších užívateľov (vláda, polícia, súkromný sektor).
Priame rádiové spoje
Satelitné rádiové spoje
Všesmerové rádiové spoje
Použitie priamych/ smerových rádiových spojov
Pozemské rádiové spoje patria do skupiny bezdrôtových prenosových médií. Na rozdiel od
klasického rozhlasového a TV prenosu sú vysielače i prijímače vybavené parabolickými
anténami, ktoré slúžia na vysielanie resp. príjem úzko smerovaného mikrovlného lúča.
• Rádiové spoje sa preto často označujú ako spoje mikrovlné.
• V princípe ide o dvojbodové spojene.
• Pozemské rádiové smerové spoje sú používané predovšetkým v diaľkových
komunikáciách na preklenutie ťažkých terénov.
• Inou oblasťou použitia je spojenie na krátke vzdialenosti v husto zastavaných
oblastiach, kde sú klasické komunikačné kapacity vyčerpané a pokládka nových nie je
možná.
• Mikrovlné spoje sú vhodné i na prenos dát vysokými rýchlosťami, desiatky až stovky
Mbit/s.
• V poslednej dobe sa začali používať ako miestne siete na distribúciu dát v dosahu do
10 km.
smerový spoj
Obr. 35 Smerový rádiový spoj
37
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Satelitné rádiové spoje
Satelitné rádiové spoje pracujú so satelitmi, umiestnenými mimo atmosféry. Používanie
satelitných spojov je dnes široké. Slúžia na prenos televíznych signálov, telefónnych hovorov
i pre prenosy dát. Satelit pracuje ako prepojovací uzol, ktorý spája pozemské vysielače a
prijímače a vytvára tak dvojbodové spojenia alebo spojenia typu 1:n. Optimálne frekvenčné
pásmo pre satelitné spoje je 1-10 GHz.
• Aby satelit mohol pracovať nepretržite, musí byť neustále „viditeľný“ z vysielača i
prijímača.
• Aby doba obehu satelitu bola rovnaká ako rýchlosť otáčania zeme, umiestňujeme
satelit vo výške 35 784 km (tzv. geostacionárny satelit).
• Pozemský vysielač vysiela signál k satelitu v určitom frekvenčnom pásme.
• Satelit signál prijme, zosilní alebo obnoví a vysiela v inom frekvenčnom pásme (aby
nedošlo k interferencii oboch signálov) smerom k zemi.
• Satelity kvôli vzájomnej interferencii signálov pôvodne nesmeli byť k sebe bližšie
než 4° (merané sa Zemi).
• Pokrok vo výrobe antén umožnil zmenšiť tento rozstup na 2°.
Satelitný spoj
Obr. 36 Satelitný spoj
Všesmerové rádiové spoje
Základný rozdiel medzi všesmerovým rádiovým vysielaním a mikrovlným priamym spojom
je v tom, že rádiové vysielanie je všesmerové, obr. 3.8, zatiaľ čo mikrovlnný spoj je priamy,
úzkosmerový. Používajú sa hlavne pre:
• rozhlasové a televízne vysielanie,
• mobilné telefónne systémy.
Použité frekvenčné pásmo je od 30 MHz do 1GHz. Pre dosah a tlmenie platia rovnaké vzťahy
ako pri smerových rádiových spojoch.
všesmerový spoj
Obr. 37 Všesmerový rádiový spoj
38
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Použitie prenosových médií
Pri vedeniach (krútený dvojpár, koaxiálny kábel, optické vlákno) má rozhodujúci vplyv na
kvalitu prenosu samotná kvalita vedenia. Pri rádiových a satelitných spojoch je okrem
prenosového prostredia (vzduchu) dôležitá kvalita vysielacieho zariadenia, hlavne antény.
• V zásade sa dá povedať, že v posledných rokoch postupne klesá význam metalických
prenosových médií a narastá význam optických médií.
• Rovnako bezdrôtové spojenia nadobúdajú na význame nielen pre distribuované
vysielacie služby (rozhlas, televízia), ale aj preto, že je nimi možné riešiť mobilitu
koncového zákazníka komunikačnej siete.
Tab. 2 Niektoré približné reálne parametre prenosových médií
Prenosové médium
Maximálna rýchlosť prenosu
Šírka pásma prenosu
Krútený dvojpár
4 Mbit/s
250 kHz – 1000 MHz
Koaxiálny kábel
400 – 800 Mbit/s
350 MHz
Optické vlákno
20 Gbit/s
20 GHz
Rádiové smerové spoje
12 – 274 Mbit/s
2-40 GHz
Rádiové všesmerové spoje
0,1 – 2 Mbit/s
16 kHz – 30 MHz
6.7.3 Prispôsobenie signálu prenosovému médiu
Kódovanie je všeobecne priraďovanie prvkov množiny signálov S = (S0,S1,…..Sn) prvkom
množiny správ Z = (Z0,Z1,….Zn). Kód predstavuje algoritmus, alebo pravidlo, ktoré priraďuje
každému konkrétnemu prvku správy z množiny (Z) jediný prvok z postupnosti signálových
prvkov z množiny (S). Inak povedané, kódovaním je priraďované každému prvku správy
jedno kódové slovo daného kódu.
Kódovanie sa robí z dvoch dôvodov:
Správa sa upravuje do tvaru, ktorý je potrebný pre ďalšie spracovanie, prípadne uloženie
do pamäti. Toto kódovanie sa nazýva kódovanie na výstupe zdroja informácií. Takýto
typ kódovania je použitý na prezentačnej vrstve OSI modelu a jeho princípy budú
vysvetľované ako súčasť tejto vrstvy.
Správa sa upravuje do tvaru vhodného pre prenos po komunikačných sieťach. Tento typ
kódovania je označovaný ako kódovanie na vstupe kanála.
V oboch prípadoch sa rieši rovnaký problém prenosu informácie zo zdroja na miesto určenia.
Rozdiel je ale v účele kódovania:
• Pri kódovaní na výstupe zdroja informácií je účelom zakódovať správu čo
najúspornejšie.
• Pri kódovaní na vstupe do komunikačného kanála je účelom dosiahnuť čo
najbezpečnejší prenos. Tento typ kódovania je uplatnený na fyzickej úrovni OSI
modelu. Postupy kódovania sú označované ako linkové kódy a výstupom kódovania
sú linkové signály.
Kódovanie na vstupe kanála - Linkové kódy/ linkové signály
39
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Binárny digitálny signál, ktorý je vytvorený na výstupe zdroja informácií má nasledovné
vlastnosti :
• Nie je vhodný pre prenos v digitálnej sieti.
• Obsahuje jednosmernú zložku, ktorá neprejde niektorými prenosovými zariadeniami.
• Nemá vyhovujúce frekvenčné spektrum.
• Nedá sa jednoducho obnoviť vzorkovací/taktovací signál potrebný pre synchronizáciu.
Preto boli pre prenos cez digitálne komunikačné systémy štandardizované linkové kódy,
prostredníctvom ktorých sa vytvárajú linkové signály, ktoré tieto negatívne vlastnosti
odstraňujú. Vhodný linkový signál vzniká prekódovaním pôvodného dátového signálu
s použitím linkového kódu a vzniknutý linkový signál:
• Potláča jednosmernú zložku.
• Umožňuje jednoduché odvodenie taktovacieho signálu na prijímacej strane.
Používané typy linkových signálov môžeme klasifikovať podľa troch hľadísk:
1. Podľa počtu úrovní:
o dvojúrovňové signály (Manchester, CMI)
o trojúrovňové signály
ƒ bipolárne (pseudotrojkové) – AMI, HDB3
ƒ trojkové – 4B3T
o viacúrovňové (2B1Q)
2. Podľa použitej polohy signálových prvkov:
o unipolárne - signálové prvky len jednej polarity
o polárne - signálové prvky dvojakej polarity
3. Podľa toho, či sa priebeh v jednotkovom intervale vracia k nulovej úrovni nebo
prechádza priamo k druhému charakteristickému stavu:
o signály s návratom k nule RZ (Return to Zero)
o signály bez návratu k nule NRZ (Not Return to Zero)
Kód AMI (Alternate Mark Inversion)
Je charakterizovaný tromi úrovňami:
• symbolu 0 odpovedá nulová úroveň
• symbolu 1 odpovedajú striedavo úrovne ±U
Pri dlhej postupnosti symbolov 0 sa neprenáša informácia o takte a môže nastať narušenie
synchronizácie. Riešenie je pomocou skrambleru (zariadenia, ktoré mení signál) alebo
vkladaním špeciálnych kódových postupností na miesta výskytu dlhej postupnosti symbolov
0.
Kód HDB3 (High Density Bipolar)
•
•
•
používa sa pre linkové systémy PCM30/32
zaistí maximálne tri symboly 0 idúce za sebou
je štandardizovaný pre linková rozhraní E1, E2, E3 evropskej plesiochronnej digitálnej
hierarchie (PDH)
Skupina kódov 1B2B
40
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Jedná sa o dvojúrovňové polárne kódy NRZ kódujúce pôvodný symbol dvojicou symbolov
tak, že dochádza k zmene medzi +A a -A v polovici charakteristického intervalu (½T).
Kód CMI (Coded Mark Inversion)
Vznikne prekódovaním z kódu AMI tak, že nulu kódujeme ako dvojici po sebe nasledujúcich
stavov -A, +A so zmenou v polovici charakteristického intervalu. Kód CMI sa používa v
rozhraní PDH 4. řádu (E4) a pre optické rozhraní (v unipolárnom variante).
•
•
nule odpovedá zmena z -A na +A v ½T (vzostupná hrana)
jednotke odpovedá striedavo úroveň -A nebo +A trvajúca celý interval T
Kód Manchester
Používa sa v sieťach LAN na rozhraniach Ethernet 10BASE-T s rýchlosťou 10Mbit/s.
Existuje aj jeho diferenčný variant (kódovanie zmeny medzi 0 a 1).
•
•
nule odpovedá zmena na +A v ½T (vzostupná hrana)
jednotke odpovedá zmena na -A v ½T (zostupná hrana)
Kód 2B1Q
Dva bity (dibit) sú vyjadrené podľa danej tabuľky jednou zo štyroch napäťových úrovní
(quad).
Binárna hodnota Odpovedajúca úroveň napätí
00
-3 V
01
-1 V
10
+3 V
11
+1 V
Príklady niektorých linkových kódov sú na obr. 38.
0
1
0
1
1
0
0
1
US – unipolárny dátový signál
0
+U
DS – dvojfázový signál (Split
Phase Code, Manchester Code)
-U
+U
BS – bipolárny signál (AMI
Alternative Mark Inversion)
-U
Obr. 38 Linkové signály
41
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
6.7.4 Modulácie signálu
Moduláciou nazývame zmenu vyjadrenia signálu, vytváranú kvôli rôznym účelom prenosu
signálu. Princípom modulácie je vytvorenie zmeny na vstupe prenosového kanála tým, že
signálu priradíme určitý príznak. Pokiaľ by sme nepoznali parametre signálu, mohli by sme si
moduláciu priblížiť ako zafarbenie každého zo signálov a vytvorenie jednej farby, ktorá sa
dosiahne ich zmiešaním. Dva rôzne signály sa tak prenášajú ako jeden signál. Znázornenie
princípu modulácie je na obrázku 39.
P1
+
P2
Obr. 39 Principiálne vyjadrenie modulácie
Na prijímacej strane je postup opačný. Oddelí sa priradený príznak a vytvoria sa dva pôvodné
signály, nesúce informáciu. Postup získavania pôvodných signálov na prijímacej strane sa
nazýva demodulácia. Principiálne znázornenie demodulácie je na obr. 40.
P1
P1
P2
~
~
~
~
~
~
P2
Obr. 40 Principiálne vyjadrenie demodulácie
Prakticky je priraďovanie príznaku realizované tak, že sa uskutočňuje zmena niektorého
parametra signálu tak, že je ovplyvňovaný iným signálom.
• Signál, na ktorom je vyvolaná zmena sa nazýva nosný signál.
• Signál, ktorý zmenu vyvoláva sa nazýva modulačný signál.
Podľa typu modulačného a modulovaného signálu sa rozlišujú rôzne typy modulácií.
Typy modulácií
Typy modulácií závisia od typu signálu, ktorý vyvoláva zmenu a od typu signálu, u ktorého je
zmena vyvolávaná. Základné rozdelenie je na modulácie spojité a modulácie impulzné:
• Spojité (analógové) modulácie:
- signál, ktorý vyvoláva zmenu (modulačný signál) je analógový, alebo
digitálny,
- signál, na ktorom je vyvolaná zmena (nosný signál), je harmonický signál
(nosná vlna).
• Impulzné modulácie:
- signál, ktorý vyvoláva zmenu (modulačný signál) je analógový alebo digitálny,
42
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
- signál, na ktorom je vyvolaná zmena (vzorkovací/taktovací signál) je digitálny.
V každom zo základných typov modulácie sa dajú vytvárať ďalšie typy modulácie podľa
toho, ktorý parameter signálu je ovplyvňovaný. Dostávame tak mnoho rôznych typov, ktoré
sú znázornené na obr. 41.
SPOJITÉ MODULÁCIE
IMPULZNÉ MODULÁCIE
(s harmonickou nosnou)
aplitudová
(AM)
uhlová
kmitočtová
(FM)
nekvantované
kvantované
delta
(∆M)
fázová
(PM)
amplitudová
(PAM)
polohová
(PPM)
pulzne kódová
PCM
šírková
(PŠM)
Obr. 41 Typy modulácií
Modulácia signálu sa robí v zariadení nazývanom modulátor. Všeobecné schematické
znázornenie postupu modulácie je na obr. 42. Rozdiel je len v signáli na ktorom je
vyvolávaná zmena. V praktickom prevedení sú modulátory odlišné pre každý typ modulácie.
nosný signál gn(t), alebo
vzorkovací/taktovací signál gv(t)
modulačný
signál gm(t)
modulovaný signál
modulátor
Obr. 42 Schematické znázornenie modulácie
Analógové modulácie
Podľa toho, aká veličina harmonického signálu je ovplyvňovaná, delíme ich na:
• amplitúdovú moduláciu AM
• frekvenčnú moduláciu FM
• fázovú moduláciu PM.
Amplitúdová modulácia AM
Pri amplitúdovej modulácii ovplyvňujeme v modulátore modulačným signálom amplitúdu
nosného harmonického signálu.
Proces amplitúdovej modulácie je ilustrovaný na obr. 43.
43
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
M
g (t)
M
g m(t)
t
t
g (t)
n
t
Obr. 43 Proces amplitúdovej modulácie
Frekvenčná a fázová modulácia, FM, PM
Pri frekvenčnej modulácii je okamžitá hodnota frekvencie nosného signálu fN úmerná
okamžitej hodnote amplitúdy modulačného signálu AS.
Pri fázovej modulácii je ovplyvňovaná fáza ϕN okamžitou hodnotou modulačného signálu AS.
Matematické vyjadrenie fázovej a frekvenčnej modulácie je zložitejšie ako u amplitúdovej
modulácie. Pre porozumenie princípu poslúži grafické znázornenie priebehu frekvenčnej a
fázovej modulácie znázornené na obr. 44.
gm
gn
gM
gM
Obr. 44 Princíp frekvenčnej a fázovej modulácie
Analógové modulácie s digitálnym modulačným signálom
Analógová modulácia, kde modulačným signálom je digitálny signál sa tiež delí na tri
základné typy, podľa toho, aká veličina harmonického signálu je ovplyvňovaná. Rovnako ako
v predošlých prípadoch sa označujú :
• amplitúdová modulácia
• frekvenčná modulácia
• fázová modulácia.
44
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Princíp realizácie je však odlišný. Pri týchto typoch modulácie sa v podstate kľúčuje (prepína)
harmonický signál podľa hodnoty digitálneho signálu. Výsledný signál sa označuje ako
číslicový signál v preloženom pásme. V niektorých prípadoch sa používa ako nosný signál
jednosmerný prúd a vytvárajú sa tzv. číslicové signály v základnom pásme. Princíp
kľúčovania (prepínania) je znázornený na obr. 45, rôzne druhy modulácie sú na obr. 46.
0
generátor
nosného signálu
1
Obr. 45 Princíp kľúčovania
Fázová modulácia sa označuje skratkou PSK (Phase Shift Key). Veľmi často sa používa
princíp fázovej modulácie uvedený na obr. 4.15.c. Fáza každého nasledujúceho prvku sa
určuje vo vzťahu k predchádzajúcemu prvku. Pre nasledujúci binárny stav sa fáza nemení,
keď je tento stav opačný ako predchádzajúci, a mení sa vtedy, keď je stav rovnaký ako
predchádzajúci. Taká modulácia sa nazýva fázová rozdielová (diferenčná) modulácia DPSK
(Different Phase Shift Key). DPSK modulácia sa často kombinuje s amplitúdovou moduláciou
do modulácie, ktorá sa nazýva kvadratická amplitúdová modulácia QAM (Quadrature
Amplitude Modulation). Je to viacstavová modulácia a jej znázornenie je na obr. 46.d.
u ( t)
1
U
0
1
1
0
t
-U
a
u ( t)
1
U
0
1
1
0
t
-U
u ( t)
1
U
0
1
1
0
b
t
-U
u ( t)
1
U
0
1
1
0
c
t
-U
u ( t)
0
1
2
3
4
5
6
7
U
d
t
-U
Obr. 46 Princípy analógových modulácií s digitálnym modulačným signálom
45
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Impulzné modulácie
Impulzné modulácie namiesto nosného harmonického signálu používajú ako nosnú časovú
postupnosť impulzov. Zo signálu sa odoberajú vzorky amplitúdy signálu v určitom čase.
Tento postup sa nazýva vzorkovanie signálu. Vzdialenosť impulzov je daná vzťahom:
1
∆t ≤
2 fm
kde fm je najvyššia frekvencia vzorkovaného signálu gv(t). Tento vzťah je známy ako
Shannon-Kotelnikov teorém. Frekvencia 2fm = fv sa nazývaný vzorkovacia frekvencia,
alebo Nyquistova frekvencia. Hodnota vzorkovacej frekvencie je nutnou podmienkou pre
vytvorenie pôvodného signálu na prijímacej strane po demodulácii.
Nekvantované impulzné modulácie
Nekvantované impulzné modulácie majú nosnú časovú postupnosť impulzov
charakterizovanú buď veľkosťou amplitúdy impulzov, šírkou impulzov, alebo polohou
impulzov na časovej osi oproti pevne určeným charakteristickým okamžikom. V závislosti od
toho, ktorý z týchto parametrov je ovplyvňovaný modulačným signálom, rozlišujeme:
• impulznú amplitúdovú modulácia PAM
• impulznú šírkovú modulácia PŠM
• impulznú polohovú modulácia PPM.
Priebehy signálov týchto modulácií sú na obr. 47.
1.1
At
PAM
At
PŠM
∆t
∆t
∆t
t
PPM
t
t
Obr.47 Impulzné nekvantované modulácie
Týmto spôsobom je možné analógový signál vyjadriť ako postupnosť vzoriek signálu a
premeniť ho na nespojitý diskrétny signál. Amplitúda každej vzorky môže nadobúdať
nekonečné množstvo hodnôt. Takéto modulácie sa nazývajú nekvantované. Rušivé napätie pri
takto modulovaných signáloch spôsobujú skreslenie podobne ako pri analógových
moduláciách. Preto sa dnes častejšie používajú kvantované impulzné modulácie.
Kvantované impulzné modulácie
Pulzne kódová modulácia PCM
Postup modulácie sa dá popísať tromi krokmi:
• Signál sa ovzorkuje v intervaloch vzorkovej frekvencie. V praxi sa vzorkovacia
frekvencia volí dvakrát väčšia plus ešte nejaká rezerva ako je maximálna požadovaná
prenášaná frekvencia. V telekomunikáciách je to napríklad 8 kHz lebo je treba
prenášať len signály v štandardnom telefónnom pásme (od 0,3 do 3,4 kHz zaokrúhlené
46
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
smerom horeu 4 kHz). Napríklad pri zázname na CD je to zas 44,1 kHz lebo zdravé
ľudské ucho počuje maximálne cca do 20 kHz a tak vzorkovacia frekvencia 44,1 kHz
bola zvolená s veľkou rezervou.
• Okamžitým hodnotám vzoriek signálu sa priradí diskrétna hodnota úrovne podľa toho,
do akej kvantovej úrovne vzorka spadá. Počet kvantovacích úrovní je vytvorený
podľa požadovanej presnosti prijímaného signálu. Pre hlas je to 28 = 256 kvantovacích
úrovní, pre hudbu 216 = kvantovacích úrovní.
• Každej kvantovacej úrovni je priradený kód. Každej vzorke je tak priradené binárne
kódové slovo, dané týmto kódom.
• Jednotlivé kódové slová sú prenášané prenosovým kanálom k prijímaču správy.
V ňom sa vzorky demodulujú na pôvodný signál.
Príklad postupu pri PCM je na obr. 48
g(t)
g(t)
g(t)
vzorkovanie
t
kvantovanie
g(t)
5
4
3
2
1
1
kódovanie
0
t
0 1
t
0
1
0
0 1
0 1
1
t
Obr. 48 Princíp PCM
Delta modulácia
Pri tejto modulácii je modulovaný signál tvorený postupnosťou impulzov kladnej alebo
zápornej polarity. Informácie o hodnote vzorky však nie sú vyjadrené okamžitou hodnotou
prenášaného signálu, ale zmenou tejto hodnoty oproti hodnote v predchádzajúcom
vzorkovacom intervale. Informácia o zmene sa vyjadruje digitálnym signálom.
Tu bude animácia.
Us
U
sf na vysielacej strane
digitálny
modulovaný signál
1
T
1
na prijímacej strane
obnovená sf
0
t
0
0
1
1
1
t
49 Princíp delta modulácie
Použitie modulácií
Modulácie sú používané na rôzne účely:
1. Na lepšie využitie prenosového kanála, vytváranie multiplexu, ktorého princíp bude
študovaný v kapitole 4 (analógové modulácie a PCM).
Keď je potreba posunúť signál do iného frekvenčného pásma, kde je možné napríklad
znížiť straty pri prenose (FM, AM).
Možnosť súčasného vysielania rôznych kanálov, napríklad pri rozhlasových vysielaniach
(AM, FM).
Zmena analógového signálu na digitálny (PCM).
Pre prenos dát (analógové modulácie s digitálnym modulačným signálom).
47
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
6.8 Viacnásobný prenos signálu
Prenosové média obvykle umožňujú prenos väčšieho množstva informácií než iba informáciu
jedného kanála. Dovoľuje to dostatočná šírka pásma, ktorú má napríklad metalické vedenie
250 kHz, koaxiálneho kábel 350 - 500 MHz, optického vlákno 20 GHz.
Telefónny kanál potrebuje na prenos len 3,1 kHz (300 - 3400 Hz). Preto je možné združovať
viac kanálov pochádzajúcich z rozličných zdrojov a určených rôznym príjemcom tak, aby
bolo možné využívať celú kapacitu prenosového média. Viacnásobné využitie prenosového
média dosiahneme princípom nazývaným multiplexovanie signálu (multiplexing). Multiplex
umožňuje rozdeliť jeden prenosový kanál s veľkou šírku pásma na niekoľko užších na sebe
nezávislých logických subkanálov/podkanálov.
V historickom vývoji viacnásobného využívania prenosových ciest sa postupne objavovali
rôzne princípy (priestorový, príznakový) a niektoré z nich sú dnes už málo využívané
(priestorový). Najznámejšie príznakové multiplexy sú:
• frekvenčný - FDM (Frequency Division Multiplex),
• časový – TDM (Time Division Multiplex),
• vlnový – WDM (Wavelenght Division Multiplex),
• kódový – CDM (Code Division Multiplex).
a)
b)
Obr. 50 Všeobecný princíp viacnásobného využitia prenosového média
Tab. 4 Prehľad systémov a používaných typov príznakových multiplexov
Typ príznaku
Systém
Príznak
Fyzikálny
FDM, WDM
frekvencia
TDM
časová poloha
GSM
FDM+TDM
SDH
číslo + TDM
IPoWDM
adresa + frekvencia
IP
adresa
ATM
číslo VPI+VCI
CDMA
kód
Kombinovaný
Blokový
Konvolučný
48
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
6.8.1 Frekvenčný multiplex, FDM (Frequency Division Multiplex)
Základným princípom FDM je rozdelenie využiteľného frekvenčného pásma prenosového
média na veľký počet kanálov, ktoré sa nazývajú subkanály. Prakticky sa tieto subkanály
vytvárajú pomocou modulácie, kde sú signály jednotlivých informačných kanálov
modulované na jednotlivé nosné frekvencie rozdeleného frekvenčného pásma.
Každý kanál zaberá určitú šírku pásma v okolí jemu prislúchajúcej nosnej frekvencie. Aby
bolo možné signály z jednotlivých subkanálov spoľahlivo oddeliť, vynechávajú sa medzi nimi
tzv. ochranné pásma.
Technické zariadenie, ktoré zaisťuje takéto logické rozdelenie na niekoľko subkanálov, sa
nazýva multiplexor - MUX. Zariadenie na prijímacej strane, ktoré opäť rozdeľuje združený
signál do jednotlivých kanálov, sa nazýva demultiplexor - DEMUX.
g
F
1
f
fm
m in
1 . k a n á l
1
a x
f
∆ f
2 . k a n á l
g
F
2
fm
g
fm
a x
f
s
m -tý
Fm
m
f
g
in
2
m in
fm
k a n á l
a x
f
fr e k v e n č n e z d r u ž e n é
k a n á ly
F
m in
1 .
2 .
m .
∆ F
F
m a x
f
Obr. 51 Prideľovanie frekvencií v FDM
6.8.2 Časový multiplex, TDM (Time Division Multiplex)
Pri TDM vychádzame z predpokladu, že maximálna prenosová rýchlosť na danom
prenosovom médiu je mnohonásobne vyššia ako prenosová rýchlosť signálu, ktorý
prenášame.
• Delenie jedného prenosového kanála na viac subkanálov je vytvárané časovým
delením.
• Časové delenie vytvára periodicky sa opakujúce okná na časovej osi.
• Tým sú po jednom prenosovom médiu prenášané súčasne vzorky n signálov. Každý
signál má vyhradené jedno okno na časovej osi.
• Postupnosť časových okien vyhradených jednému zdroju potom nazývame kanálom.
• Skupinu, obsahujúcu práve po jednom kanále z každého okna, nazývame rámcom.
• Časové okná aj ich poradie zostávajú pre dané spojenie pevné, bez ohľadu na to, či sa
signál prenáša alebo nie. Toto umožňuje identifikovať poradové číslo kanála na
prijímacej strane podľa jeho polohy na časovej osi.
49
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
vzorkovacie okamžiky
kód
n
111
7
110
6
101
5
100
4
011
3
010
2
001
1
0
0
u[V]
1
t
1.signál
2.signál
0
t
Obr. 52 Spracovanie signálov v PCM
6.8.3 Štatistický multiplex, STM (Statistical Time Division Multiplex)
Štatistický multiplex na rozdiel od TDM umožňuje dynamicky prideľovať kapacitu
prenosového média len tým zdrojom, ktoré to práve potrebujú, to znamená sú aktívne.
Štatistický multiplex nekladie obmedzenia na počet vstupných kanálov. Jediným obmedzením
je to, aby súčet požadovaných časových okien v rámci neprekročil celkový počet okien, ktoré
sú k dispozícii.
…
…
•
•
•
•
kanál 1
kanál 1
kanál 2
rámec 1
kanál 3
kanál 3
kanál 3
kanál 1
rámec 2
kanál 3
…
…
Obr. 53 Štatistický multiplex
Dynamické prideľovanie okien má výhodu v tom, že môžeme úplne využiť kapacitu
prenosového média.
Nevýhodou je to, že nie je možné identifikovať jednotlivé kanály podľa ich polohy v
rámci.
Preto musí byť každá jednotka doplnená adresou, ktorá ju jednoznačne priraďuje k
príslušnému kanálu.
Prednosti štatistického multiplexu sa výrazne prejavia predovšetkým vtedy, keď
multiplexujeme signály zo zdrojov, ktoré vysielajú s rôznou prenosovou rýchlosťou.
6.8.4 Vlnový multiplex, WDM (Wavelenght Division Multiplex)
Vlnový multiplex, WDM je založený na vysielaní optického žiarenia na niekoľkých rôznych
vlnových dĺžkach po jednom optickom vlákne. Každá vlnová dĺžka nesie namodulovaný iný
elektrický signál.
50
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
A
B
g1
g1
λ1
gn
λn
optické
vlákno
optické
filtre
λ2
zlučovač
g2
λ1
λ2
λn
g2
gn
optické prijímače
(opticko – elektrický prevod)
optické vysielače
(elektro – optický prevod)
Obr. 55 Princíp vlnového multiplexu
Princíp WDM je analógiou FDM, kde sú signály jednotlivých kanálov modulované na
jednotlivé nosné frekvencie a po vedení sa šíri elektromagnetická vlna s vlnovou dĺžkou
rádovo desiatky metrov až jednotky km, ktoré odpovedajú frekvencii 10 MHz až 100 kHz. Pri
vlnovom multiplexe má nosná frekvencia dĺžku vlny okolo 1 µm.
V praxi sa optickým vláknom neprenášajú jednotlivé kanály, ale pracuje sa s digitálne
multiplexovanými signálmi vytvorenými pomocou TDM. Je to preto, aby sa maximálne
využilo optické vlákno. Hovoríme o kombinácii TDM + WDM. Systémy WDM rozširujú
možnosti multiplexovania tam, kde čisté TDM nestačí. Dosahované prenosové rýchlosti idú
rádovo do stoviek Gbit/s, čo odpovedá miliónom telefónnych kanálov.
6.9 Prenosové systémy
Prenosové systémy umožňujú prenos viacerých signálov po jednom prenosovom médiu naraz.
Signály sú pred prenosom modulované a multiplexované. Pre rôzne typy modulácií používane
rôzne multiplexovacie technológie. Každá multiplexovacia technológia si vyžaduje určité
technické prostriedky. Kvôli snahe o zníženie nárokov na technické prostriedky sa
multiplexovanie robí v štandardných moduloch, ktoré obsahujú presne definovaný počet
kanálov. Tento počet je obvykle špecifický pre každú multiplexnú technológiu. Pre jednotlivé
multiplexné technológie sú na základe dostupných technických prostriedkov vytvárané
moduly a ich násobky. Na základe modulov (pre prenosvé kanály) a ich násobkov potom
vznikajú prenosové systémy pre určité skupiny kanálov.
Prenosové systémy FDM
Prenosové systémy TDM
Prenosové systémy WDM
6.9.1 Prenosové systémy FDM
Pri prenose teleónnych hovorov pomocou frekvenčného multiplexu vychádzame
z medzinárodných štandardov ITU-T. Jedným zo základných predpokladov je šírka pásma
prenosového kanálu 4 kHz. Z technických dôvodov sa vytvorili štandardné moduly pre
prenosové kanály a ich skladaním vznikajú skupiny prenosových kanálov. Pre každú skupinu
je charakteristický počet kanálov a šírka prenášaného pásma.
FDM prenosové systémy vytvárajú viacúrovňovú hierarchiu. Na spodnej úrovni je primárna
skupina.
Tu bude animácia ako vzniká FDM multiplex.
51
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
g1(t)
1M1
fn1
g2(t)
1M2
+
S1(t)
2M1
fn1
fn2
gn(t)
S2(t)
1Mn
Y1(t)
2M2
+
fn2
fnn
Sm(t)
2Mm
fnm
Obr. 56 Princíp systému FDM
Tab.5 Odporúčané parametre FDM
Počet kanálov
Šírka pásma
Spektrum
60-108 kHz
Názov
12
48 kHz
Primárna skupina
60
240 kHz
Sekundárna skupina
300
1232 kHz
Terciálna skupina
(600)
3872 kHz
(3600)
16984 kHz
(10800)
57442 kHz
6.9.2 Prenosové systémy TDM
Pri prenose teleónnych hovorov pomocou časového multiplexu vychádzame
z medzinárodných štandardov ITU-T. Základné vlastnosti sú veľkosť vzorky (8 bitov) a
rýchlosť prenosového kanálu (4 kHz). Z technických dôvodov sa vytvorili štandardné moduly
pre prenosové kanály a ich skladaním vznikajú skupiny prenosových kanálov. Pre každú
skpinu je charakteristický počet kanálov a prenosová rýchlosť.
Tu bude animácia systému PCM
g1(t)
g1(t)
D/A
A/D
g2(t)
A/D
M
U
X
g(t)
D
E
M
U
X
g2(t)
D/A
gn(t)
gn(t)
A/D
D/A
52
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
Obr. 57. Princíp systému PCM
PCM prenosové systémy vytvárajú viacúrovňovú hierarchiu. Na spodnej úrovni je systém
PCM 1. rádu.
6.9.3 Prenosové systémy WDM
Prenosové systémy TDM používajú pri prenose rámce zostavené z vlnových dĺžok v okolí
1550 nm pre 8 elektrických kanálov. Existujú systémy s prenosom na 16-tich vlnových
dĺžkach a počíta sa s rozšírením na 32 vlnových dĺžok.
Záver
Fyzická vrstva je základná sieťová vrstva, poskytujúca prostriedky pre prenos. Fyzická
vrstva poskytuje elektrické a mechanické vlastnosti pre prenos informácie a plní funkčné
a procedurálne požiadavky k nadviazaniu, udržaniu a zrušeniu spojenia medzi entitami
linkovej úrovne. V protokolových špecifikáciách musia byť určené:
• elektrické parametre signálu
• význam signálu a časový priebeh
• vzájomné nadviazanie riadiacich a stavových signálov
• zapojenie konektorov
• a mnoho iných parametrov technického a procedurálneho charakteru.
Fyzická spojenie obsahuje okrem prenosových médií aj ďalšie prostriedky potrebné pre
prenos a spolu tvoria komunikačný kanál alebo okruh pre prenos signálov.
Signál v komunikačných sieťach je fyzickým prostriedkom (nosičom) pre prenos alebo
spracovanie správ. Podľa nadobudnutých hodnôt oboch vyjadrených veličín sú rozlišované
nasledujúce typy signálov:
• analógový (spojitý v oboch vyjadrených veličinách),
• diskrétny (nespojitý v jednej, alebo v oboch vyjadrených veličinách),
• digitálny alebo číslicový, ktorý je špeciálnym prípadom diskrétneho signálu (nespojitý
v čase aj amplitúde).
Ich grafické vyjadrenie a matematický model umožňujú pochopiť ich vlastnosti, ktoré sú
ďalej využívané pri ich spracovaní pre prenos. Dôležitou súčasťou je rozklad signálu,
označovaný ako harmonická analýza, ktorý dáva informáciu o jeho frekvenčnom spektre.
Pre hodnotenie signálov sú špecifikované veličiny, ktorých parametre sú potrebné pre
hodnotenie kvality prenosu signálu. Sú to úroveň signálu, tlmenie signálu, oneskorenie
signálu, skreslenie signálu a odstup signál – šum. Celkové hodnotenie niektorých veličín sa
označuje ako objem signálu.
Protokolovou dátovou jednotkou PDU je bit. Jeho prenos je uskutočňovaný rôznymi
technológiami a rôznymi spôsobmi. Použitie určitých spôsobov prenosu je pre každú
technológiu špecifikované v normách a odporúčaniach.
Zabezpečenie prenosu signálu od zdroja ku cieľu po fyzickej vrstve je úloha
prenosových médií. Každej relácii poskytnú komunikačný kanál, v ktorom je informácia
prenášaná ako elektromagnetický signál. Prenosové médiá sú schopné poskytnúť súčasne viac
kanálov. Jeden kanál obvykle prenáša jeden signál, ktorý nesie informáciu z jedného zdroja.
Celková kapacita prenosu u prenosových médií sa tak rozdeľuje do menších častí.
Signál sa po kanáli neprenáša v tvare do ktorého je správa zakódovaná ale pred prenosom
sa upravuje. Úpravy signálu znamenajú jeho premenu na iný typ signálu (linkové
kódy/signály) alebo premena postupom označovaným modulácia. Po týchto úpravách sa
53
Názov projektu:
Kód projektu ITMS:
Tvorba obsahov pre e-learning (TOPeL)
11230100314
signály jednotlivých kanálov pomocou multiplexovania spoja do výslednej skupiny kanálov,
ktorá sa potom prenáša po prenosových médiách. Multiplexovanie používa rôzne techniky
v závislosti od použitej technológie. Systémy, ktoré realizujú viacnásobný prenos sa označujú
prenosové systémy.
54
Download

OSI model – princípy fyzickej vrstvy