Проводные и беспроводные каналы связи. Носители сигналов и их характеристики

 

Проводные каналы связи

 

В вычислительных сетях проводные линии связи могут быть медными и (или) волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС). Особенности ВОЛС будут рассмотрены немного позже. Здесь рассмотрим характеристики медных соединений, к которым относятся коаксиальные кабели и пары проводов.

В ЛВС используются коаксиальные кабели двух видов: “толстый” диаметром 12,5 мм и “тонкий” диаметром 6,25 мм. “Толстый” кабель имеет меньшее затухание, лучшую помехо­защищенность, что обеспечивает возможность работы на боль­ших расстояниях, но он плохо гнется, что затрудняет прокладку соединений в помещениях, и дороже “тонкого”.

Преимущественное применение находят витые пары про­водов. Среди витых пар различают экранированные и неэкра­нированные пары, им соответствуют аббревиатуры STP (Shielded Twist Pair) и UTP (Unshielded Twist Pair). Экранированные пары сравнительно дороги, их используют реже. Неэк­ранированные пары подразделяют на несколько категорий (типов). Обычный телефонный кабель – пара категории 1. Пара категории 2 может использоваться в сетях с пропускной спо­собностью до 4 Мбит/с. В высоко­скоростных каналах используют более совершенную витую пару категории 5, которая применима при частотах до 100 МГц на расстояниях в десятки метров. В паре категории 5 проводник представлен медными жилами диаметром 0,51 мм, навитыми по определенной технологии и заключенными в термостойкую изолирующую оболочку. В высокоскоростных ЛВС на UTP длины соединений обычно не превышают 100 м. Затухание на 100 МГц и при длине 100 м составляет около 24 дБ, при 10 МГц и 100 м – около 7 дБ. В последнее время созданы витые пары категорий 6 и 7.

Пару проводов часто используют как сбалансированную линию, в двух проводах которой передаются одни и те же уровни сигнала (по отношению к земле), но разной полярности. При приеме воспринимается разность сигналов, называемая парафазным сигналом. Синфазные помехи при этом самокомпен­сируются. Помехоустойчивость существенно повышается, так как наводимые помехи в двух проводах обычно появляются в одной и той же фазе.

 

Беспроводные каналы связи

 

В беспроводных каналах передача информации осуществля­ется на основе распространения электромагнитных колебаний.

 

Таблица 2.1

Диапазоны частот электро­магнитных колебаний, используемых в беспроводных и опти­ческих каналах связи

 

*РК в ЛВС – радиоканалы в локальных сетях и системах связи.

** WDM – мультиплексирование с разделением каналов по длинам волн.

Чем выше рабочая частота, тем больше емкость (число каналов) системы связи, но тем меньше предельные расстоя­ния, на которых возможна прямая передача между двумя пунк­тами без ретрансляторов. Первая из причин и порождает тен­денцию к освоению новых более высокочастотных диапазонов.

Радиоканалы входят необходимой составной частью в спут­никовые и радиорелейные системы связи, применяемые в территориальных сетях, в сотовые системы мобильной связи, они используются в качестве альтернативы кабельным системам в локальных сетях и при объединении сетей отдельных офисов и предприятий в корпоративные сети. Во многих случаях при­менение радиоканалов оказывается более дешевым решением по сравнению с другими вариантами.

В территориальных сетях на региональном уровне часто используются радиорелейные линии связи (коммутация каналов, диапазон частот 15...23 ГГц, связь в пределах прямой видимос­ти, что ограничивает дальность между соседними станциями до 50 км (при условии размещения антенн на строениях типа башен). Последовательность станций, являющихся ретрансля­торами, позволяет передавать информацию на значительные расстояния.

Радиосвязь используется в корпоративных и локальных сетях, если затруднена прокладка других каналов связи. Радио­канал либо выполняет роль моста между подсетями (двухточеч­ное соединение), либо является общей средой передачи данных в ЛВС, либо служит соединением между центральным и терминальны­ми узлами в сети с централизованным управлением.

В первом случае (связь двух сетей) имеем двухточечное соединение с направленными антеннами, дальность в пределах прямой видимости (обычно до 15—20 км с расположением антенн на крышах зданий). Мост имеет два адаптера: один для формирования сигналов для радиоканала, другой – для кабель­ной подсети. Мосты используются для соединения в основном идентичных сетей, имеющих некоторые физические различия на физическом и канальном уровнях.

В случае использования радиоканала в качестве общей среды передачи данных в ЛВС сеть называют RadioEthenet (стандарт IEEE 802/11), она обычно используется внутри зда­ний. В состав аппаратуры входят приемопередатчики и антен­ны. Связь осуществляется на частотах от одного до нескольких гигагерц. Расстояния между узлами – несколько десятков мет­ров.

В соответствии со стандартом IEEE 802/11 возможны два способа передачи двоичной информации в ЛВС, оба они имеют целью обеспечить защиту информации от нежелательного до­ступа.

Первый способ называется методом прямой последователь­ности (DSSS – Direct Sequence Spread Spectrum). В нем вво­дится избыточность – каждый бит данных представляется пос­ледовательностью из 11 элементов (“чипов”). Эта последова­тельность создается по алгоритму, известному участникам связи, и потому может быть дешифрирована при приеме. Из­быточность повышает помехоустойчивость, что позволяет сни­зить требования к мощности передатчика, а для сохранения высокой скорости нужно расширять полосу пропускания. Так, в аппаратуре фирмы Aironet в диапазоне 2,4 ГГц имеются четыре канала шириной 22 МГц.

Второй способ – метод частотных скачков (FHSS – Fre­quency Hopping Spread Spectrum). В этом методе полоса про­пускания делится на 79 поддиапазонов. Передатчик периоди­чески (с шагом 20...400 мс) переключается на новый поддиапазон, причем алгоритм изменения частот известен только участникам связи и может изменяться, что и затрудняет несан­кционированный доступ к данным.

В варианте использования радиоканалов для связи цент­рального и периферийного узлов центральный пункт имеет ненаправленную антенну, а терминальные пункты при этом используют направленные антенны. Дальность связи состав­ляет также десятки метров, а вне помещений – сотни метров.

В условиях высоких уровней электромагнитных помех иног­да используют инфракрасные каналы связи. В последнее время их стали применять не только в цехах, но и в офисах, где лучи можно направлять над перегородками помещения.

Поставкой оборудования для организации корпоративных и локальных беспроводных сетей занимается ряд фирм, в том числе известные фирмы Lucent Technologies, Aironet, Multipoint Network.

В оборудование беспроводных каналов ПД входят.

1. Сетевые адаптеры и радиомодемы, поставляемые вместе с комнатными антеннами и драйверами, различаются спосо­бами обработки сигналов, характеризуются частотой передачи, пропускной способностью, дальностью связи.

2. Радиомосты используются для объединения между собой кабельных сегментов и отдельных ЛВС в пределах прямой видимости и для организации магистральных каналов в опор­ных сетях, выполняют ретрансляцию и фильтрацию пакетов. Например, мост ARLAN 640 (Aironet) взаимодействует с сетями Ethernet, обеспечивает 2 Мбит/с.

3. Направленные и ненаправленные антенны, антенные усилители и вспомогательное оборудование типа кабелей, по­лосовых фильтров, грозозащитников и т.п.