1.Quel est le processus de transfert d’informations ?
Transfert d'informations- processus physique, à travers lequel les informations sont déplacées dans l'espace. Nous avons enregistré les informations sur un disque et les avons déplacées dans une autre pièce. Ce processus caractérisé par la présence des composants suivants :
Une source d'information. Récepteur d'informations. Support d'informations. Support de transmission.
Schéma de transmission des informations :
Source d’information – canal d’information – récepteur d’information.
Les informations sont présentées et transmises sous la forme d'une séquence de signaux et de symboles. De la source au récepteur, le message est transmis via un support matériel. Si des moyens techniques de communication sont utilisés dans le processus de transmission, ils sont appelés canaux de transmission d'informations (canaux d'information). Ceux-ci incluent le téléphone, la radio et la télévision. Les organes sensoriels humains jouent le rôle de canaux d’information biologique.
Le processus de transmission d'informations via des canaux de communication techniques suit le schéma suivant (selon Shannon) :
Le terme « bruit » fait référence à différents types d'interférences qui déforment le signal transmis et entraînent une perte d'informations. De telles interférences se produisent principalement pour des raisons techniques : mauvaise qualité lignes de communication, insécurité les uns des autres des différents flux d'informations transmis par les mêmes canaux. Utilisé pour la protection contre le bruit différentes façons, par exemple, l'utilisation de différents types de filtres qui séparent le signal utile du bruit.
Claude Shannon a développé une théorie de codage spéciale qui fournit des méthodes pour gérer le bruit. L'une des idées importantes de cette théorie est que le code transmis sur la ligne de communication doit être redondant. De ce fait, la perte d'une partie des informations lors de la transmission peut être compensée. Toutefois, la redondance ne doit pas être trop importante. Cela entraînera des retards et une augmentation des coûts de communication.
2. Schéma général de transfert d'informations
3.Listez les canaux de communication que vous connaissez
Canal de communication (chaîne anglaise, ligne de données) - un système de moyens techniques et de support de propagation de signaux pour transmettre des messages (pas seulement des données) de la source au destinataire (et vice versa). Un canal de communication, entendu au sens étroit (chemin de communication), ne représente que environnement physique propagation du signal, par exemple, une ligne de communication physique.
En fonction du type de support de distribution, les canaux de communication sont divisés en :
filaire; acoustique; optique; infrarouge; chaînes de radio.
4. Que sont les télécommunications et les télécommunications informatiques ?
Télécommunications(Grec télé - au loin, loin et lat. communicatio - communication) est la transmission et la réception de toute information (son, image, données, texte) à distance via divers systèmes électromagnétiques (canaux par câble et fibre optique, canaux radio et autres canaux de communication filaires et sans fil).
Réseau de télécommunications est un système de moyens techniques par lesquels les télécommunications sont effectuées.
Les réseaux de télécommunications comprennent :
1. Réseaux informatiques (pour la transmission de données)
2. Réseaux téléphoniques (transmission d'informations vocales)
3. Réseaux radio (transmission d'informations vocales - services de diffusion)
4. Réseaux de télévision (voix et vidéo - services de diffusion)
Les télécommunications informatiques sont des télécommunications dont les terminaux sont des ordinateurs.
Le transfert d'informations d'un ordinateur à l'autre est appelé communication synchrone, et via un ordinateur intermédiaire, qui permet d'accumuler et de transmettre des messages à Ordinateur personnel comme demandé par l'utilisateur - asynchrone.
Les télécommunications informatiques commencent à être introduites dans l'éducation. Dans l'enseignement supérieur, ils sont utilisés pour coordonner la recherche scientifique, l'échange rapide d'informations entre les participants aux projets, l'enseignement à distance et les consultations. Dans le système éducatif scolaire - pour accroître l'efficacité des activités indépendantes des élèves associées à divers types de travaux créatifs, notamment Activités éducatives, basé sur l'utilisation généralisée de méthodes de recherche, le libre accès aux bases de données et l'échange d'informations avec des partenaires nationaux et étrangers.
5. Quelle est la bande passante d'un canal de transmission d'informations ?
Bande passante- caractéristique métrique, montrant le rapport nombre maximum d'unités de passage ( informations, objets, volume ) par unité de temps via un canal, un système, un nœud.
En informatique, la définition de la bande passante est généralement appliquée à un canal de communication et est déterminée par la quantité maximale d'informations transmises/reçues par unité de temps.
La bande passante est l’un des facteurs les plus importants du point de vue de l’utilisateur. Il est estimé par la quantité de données que le réseau peut, dans la limite, transférer par unité de temps d'un appareil qui y est connecté à un autre.
La vitesse de transfert des informations dépend en grande partie de la vitesse de sa création (performances de la source), des méthodes d'encodage et de décodage. La vitesse de transmission d'informations la plus élevée possible dans un canal donné est appelée son débit. La capacité du canal, par définition, est
le taux de transmission des informations lors de l'utilisation de la « meilleure » source, du codeur et du décodeur pour un canal donné, il caractérise donc uniquement le canal.
5. Dans quelles unités la capacité des canaux de transmission d'informations est-elle mesurée ?
Peut être mesuré en unités diverses, parfois très spécialisées : pièces, bits/sec, tonnes, Mètres cubes etc.
6. Classification des canaux de communication informatique (par méthode de codage, par méthode de communication, par méthode de transmission du signal)
réseaux de diffusion; réseaux avec transmission de nœud à nœud.
7. Caractéristiques chaînes câblées transmission d'informations ( câble coaxial, paire torsadée, câble téléphonique, câble de fibre optique)
filaire – lignes de communication téléphoniques, télégraphiques (aériennes); câble – paires torsadées en cuivre, coaxial, fibre optique ;
et également basé sur le rayonnement électromagnétique :
chaînes radio terrestres et communications par satellite; basé sur les rayons infrarouges.
câbles à base de paires torsadées (torsadées) de fils de cuivre ; câbles coaxiaux (âme centrale et tresse de cuivre) ; Câbles de fibres optiques.
Câbles basés paires torsadées
Les câbles à paires torsadées sont utilisés pour transmettre des données numériques et sont largement utilisés dans les réseaux informatiques. Il est également possible de les utiliser pour transmettre des signaux analogiques. La torsion des fils réduit l'influence des interférences externes sur les signaux utiles et réduit les rayonnements vibrations électromagnétiques dans l'espace. Le blindage augmente le coût du câble, complique l'installation et nécessite une mise à la terre de haute qualité. En figue. Une conception UTP typique basée sur deux paires torsadées est présentée.
Riz. Conception de câble avec paire torsadée non protégée.
En fonction de la présence d'une protection - une tresse de cuivre mise à la terre électriquement ou une feuille d'aluminium autour de paires torsadées, les types de câbles à base de paires torsadées sont déterminés :
paire torsadée non protégée UTP (paire torsadée non blindée) – il n'y a pas de bouclier de protection autour d'une paire individuelle ;
paire torsadée en feuille FTP (paire torsadée en feuille) – il existe un blindage externe commun sous forme de feuille ;
paire torsadée protégée STP (Shielded twisted pair) – il y a un écran de protection pour chaque paire et un écran externe commun sous la forme d'un maillage ;
Paire torsadée blindée par feuille S/FTP (Screened Foiled twisted pair) – il y a un écran de protection pour chaque paire en tresse de feuille et un écran extérieur en tresse de cuivre ;
Paire torsadée blindée non protégée SF/UTP (Screened Foiled Unshielded twisted pair) – double blindage externe composé d'une tresse de cuivre et d'une feuille, chaque paire torsadée sans protection.
1.5.2.2. Câble coaxial
La fonction d'un câble coaxial est la transmission de signaux dans divers domaines technologiques : systèmes de communication ; réseaux de diffusion; réseaux informatiques; systèmes d'alimentation d'antenne d'équipements de communication, etc. Ce type de câble a une conception asymétrique et se compose d'un noyau et d'une tresse internes en cuivre, séparés du noyau par une couche isolante.
Une conception typique de câble coaxial est illustrée à la Fig. 1.22.
Riz. 1.22. Conception typique d'un câble coaxial
Grâce à la tresse de blindage métallique, il présente une immunité élevée au bruit. Le principal avantage du câble coaxial par rapport à la paire torsadée est sa large bande passante, qui offre des taux de transfert de données potentiellement plus élevés, jusqu'à 500 Mbps, par rapport aux câbles à paire torsadée. De plus, le coaxial offre des distances de transmission de signaux autorisées beaucoup plus grandes (jusqu'à un kilomètre), il est plus difficile de s'y connecter mécaniquement pour des écoutes téléphoniques non autorisées du réseau et il pollue également beaucoup moins l'environnement avec des rayonnements électromagnétiques. Cependant, l’installation et la réparation d’un câble coaxial sont plus difficiles que celles d’un câble à paire torsadée et son coût est plus élevé.
Il utilise des émetteurs-récepteurs LED conventionnels, ce qui réduit les coûts et augmente la durée de vie par rapport au câble monomode. Sur la figure 1.24. La caractéristique de l'atténuation du signal dans la fibre optique est donnée. Comparé à d'autres types de câbles utilisés pour les lignes de communication, ce type de câble présente des valeurs d'atténuation du signal nettement inférieures, qui varient généralement de 0,2 à 5 dB pour 1 000 m de longueur. La fibre optique multimode est caractérisée par des fenêtres de transparence d'atténuation dans les plages de longueurs d'onde 380-850, 850-1310 (nm) et la fibre monomode, respectivement, 850-1310, 1310-1550 (nm).
Graphique 1.24. Fenêtres transparentes en fibre optique.
Avantages de la communication par fibre optique :
Large bande passante.
Extrêmement conditionné haute fréquence vibrations du porteur. Lors de l'utilisation de la technologie de multiplexage spectral des canaux de communication utilisant l'onde
Multiplexage en 2009, les signaux de 155 canaux de communication avec une vitesse de transmission de 100 Gbit/s chacun ont été transmis sur une distance de 7 000 kilomètres. Ainsi, vitesse globale la transmission des données par fibre optique était de 15,5 Tbit/s. (Téra = 1 000 Giga) ;
Faible atténuation du signal lumineux dans la fibre.
Vous permet de construire des lignes de communication à fibre optique longue longueur sans amplification de signal intermédiaire ;
Faible niveau sonore dans le câble à fibre optique.
Vous permet d'augmenter la bande passante en transmettant diverses modulations de signaux avec une faible redondance de code ;
Immunité élevée au bruit et protection contre les accès non autorisés.
Il assure une protection absolue de la fibre optique contre les interférences électriques, les interférences et une absence totale de rayonnement dans l'environnement extérieur. Cela s'explique par la nature légère vibration, qui n'interagit pas avec les champs électromagnétiques d'autres gammes de fréquences, comme la fibre optique elle-même, qui est un diélectrique. En exploitant un certain nombre de propriétés de propagation de la lumière dans la fibre optique, les systèmes de surveillance de l'intégrité des liaisons optiques peuvent arrêter instantanément une liaison compromise et déclencher une alarme. De tels systèmes sont particulièrement nécessaires lors de la création de lignes de communication au sein du gouvernement, des banques et de certains autres services spéciaux qui ont des exigences accrues en matière de protection des données ;
Pas besoin d'isolation galvanique des nœuds du réseau.
Les réseaux à fibres optiques ne peuvent fondamentalement pas avoir de boucles de masse électriques, qui se produisent lorsque deux Périphériques réseau disposer de connexions de mise à la terre en différents points du bâtiment ;
Haute sécurité contre les explosions et les incendies, résistance aux environnements agressifs.
En raison de l'absence de risque d'étincelles, la fibre optique augmente la sécurité des réseaux dans les usines chimiques, les raffineries de pétrole et la maintenance. processus technologiques risque accru;
Légèreté, volume, rentabilité du câble à fibre optique.
La fibre est à base de quartz (dioxyde de silicium), un matériau peu coûteux et largement disponible. Actuellement, le coût de la fibre par rapport à une paire de cuivre est de 2:5. Le coût du câble à fibre optique lui-même diminue constamment, mais l'utilisation de récepteurs et d'émetteurs optiques spéciaux (modems à fibre optique) qui convertissent les signaux lumineux en signaux électriques et vice versa augmente considérablement le coût du réseau dans son ensemble ;
Longue durée de vie.
La durée de vie de la fibre optique est d'au moins 25 ans. Le câble à fibre optique présente également certains inconvénients. Le principal est la grande complexité d’installation. Lors de la connexion des extrémités du câble, il est nécessaire d'assurer une grande précision de la section transversale de la fibre de verre, le polissage ultérieur de la coupe et l'alignement de la fibre de verre lors de l'installation dans le connecteur. L'installation des connecteurs s'effectue par soudage du joint ou par collage à l'aide d'un gel spécial ayant le même indice de réfraction de la lumière que la fibre de verre. Dans tous les cas, cela nécessite du personnel hautement qualifié et des outils spéciaux. De plus, le câble à fibre optique est moins durable et moins flexible que le câble électrique et est sensible aux Stress mécanique. Il est également sensible aux rayonnements ionisants, ce qui réduit la transparence de la fibre de verre, c'est-à-dire augmente l'atténuation du signal dans le câble. Des changements brusques de température peuvent provoquer des fissures dans la fibre de verre. Pour réduire l'influence de ces facteurs, diverses solutions de conception sont utilisées, ce qui affecte le coût du câble.
Compte tenu des propriétés uniques de la fibre optique, les télécommunications basées sur celle-ci sont de plus en plus utilisées dans tous les domaines technologiques. Il s'agit de réseaux informatiques, urbains, régionaux, fédéraux, ainsi que de réseaux de communication primaires sous-marins intercontinentaux, et bien plus encore. Grâce aux canaux de communication par fibre optique, sont réalisés : la télévision par câble, vidéosurveillance à distance, vidéoconférences et diffusions vidéo, télémétrie et autres systèmes d'information.
8. Caractéristiques canaux sans fil transmission d'informations (satellite,
chaînes radio, Wi-Fi, Bluetooth)
Technologies sans fil- sous-classe technologies de l'information, servent à transmettre des informations sur une distance entre deux ou plusieurs points, sans nécessiter qu'ils soient connectés par des fils. Peut être utilisé pour transmettre des informationsrayonnement infrarouge, les ondes radio, rayonnement optique ou laser.
Actuellement, il existe de nombreuses technologies sans fil, plus communément connues des utilisateurs sous leurs noms marketing, tels que Wi-Fi, WiMAX, Bluetooth. Chaque technologie possède certaines caractéristiques qui déterminent son champ d'application.
Il existe différentes approches pour classer les technologies sans fil.
Par gamme :
o Réseaux personnels sans fil ( WPAN - Réseaux personnels sans fil). Exemples de technologies -Bluetooth.
o Réseaux locaux sans fil ( WLAN - Réseaux locaux sans fil).
Des exemples de technologies sont le Wi-Fi.
o Réseaux sans fil à l'échelle de la ville ( WMAN - Réseaux métropolitains sans fil). Exemples de technologies - WiMAX.
o Réseaux étendus sans fil ( WWAN - Réseau étendu sans fil).
Des exemples de technologies sont CSD, GPRS, EDGE, EV-DO, HSPA.
Par topologie :
o "Point à point".
o Point à multipoint.
Par domaine d'application :
o Réseaux sans fil d'entreprise (départementaux) - créés par les entreprises pour leurs propres besoins.
o Réseaux sans fil des opérateurs - créés par les opérateurs de télécommunications pour fournir des services moyennant des frais.
Une méthode de classification courte mais concise peut consister à afficher simultanément les deux caractéristiques les plus significatives des technologies sans fil sur deux axes : la vitesse maximale de transfert d'informations et la distance maximale.
Tâches Tâche 1. En 10 s, 500 octets d'informations sont transmis sur le canal de communication. A quoi est-il égal
capacité de canal ? (500/10=50 octets/s=400bit/s)
Tâche 2. Quelle quantité d’informations peut être transmise sur un canal avec une bande passante de 10 kbit/s en 1 minute ? (10 kbit/s*60 s = 600 kbit)
Problème 3. La vitesse moyenne de transfert de données à l'aide d'un modem est de 36 864 bps. Combien de secondes faudra-t-il au modem pour transmettre 4 pages de texte en codage KOI-8, en supposant que chaque page comporte en moyenne 2 304 caractères.
Solution : Nombre de caractères dans le texte : 2304*4 = 9216 caractères.
Dans l'encodage KOI-8, chaque caractère est codé par un octet, le volume d'informations du texte est alors de 9216 * 8 = 73 728 bits.
Temps = volume / vitesse. 73728 : 36864 = 2 s
49. Qu'est-ce qui détermine le débit d'un canal de communication ?
Un système de communication s'entend comme un ensemble de dispositifs et d'environnements qui assurent la transmission des messages de l'expéditeur au destinataire. En général, un système de communication généralisé est représenté par un schéma fonctionnel.
La bande passante est la vitesse maximale possible de transfert d'informations. La bande passante est égale à la vitesse télégraphique, mesurée par le nombre d'appels télégraphiques transmis par unité de temps. Le débit maximum dépend de la bande passante du canal et, dans le cas général, du rapport Pc / Pп (puissance du signal sur puissance parasite) et est déterminé par la formule. C'est la formule de Shannon, valable pour tout système de communication en présence d'interférences de fluctuation.
50. Quelle est l’essence du multiplexage de fréquence/division de canal dans les systèmes de transmission d’informations multicanaux.
Compactage : combiner les signaux des abonnés en un seul signal.
La séparation est la séparation des signaux d'abonné individuels d'un signal de groupe unique.
L'essence du multiplexage de fréquences est que tous les abonnés fonctionnent sur la même bande de fréquences, mais chacun dans sa propre bande.
Avec le multiplexage de fréquence, des interférences intercanaux se produisent en raison de l'imperfection des systèmes de filtrage et de l'infinité du spectre du signal.
Le principal avantage des systèmes de communication multicanaux avec multiplexage de fréquence est l'utilisation économique du spectre de fréquences ; les inconvénients importants sont l'accumulation d'interférences qui se produisent aux points d'amplification intermédiaires et, par conséquent, une immunité au bruit relativement faible.
51. Quelle est l'essence du multiplexage temporel/séparation des canaux dans les systèmes de transmission d'informations multicanaux ?
Avec le multiplexage temporel, tous les abonnés travaillent dans la même bande de fréquences, mais ils travaillent de manière cyclique, chacun à son heure, et le temps de cycle est déterminé par T. Kotelnikova (avec le multiplexage temporel, qui est un développement logique des systèmes de communication par impulsions, un une ligne de communication ou un chemin de communication de groupe via des commutateurs électroniques est fourni en alternance pour transmettre les signaux de chaque canal.)
Lors de la transmission de la parole T=125 μs
Les systèmes de communication avec multiplexage fréquentiel et temporel sont utilisés sur les lignes câblées principales, les lignes de relais radio, etc.
52. Quels sont les principes d'organisation des radiocommunications aéronautiques et des télécommunications terrestres.
L'organisation de la communication s'entend comme un schéma permettant de connecter les abonnés aux canaux et de répartir les ressources allouées à la communication, garantissant une grande efficacité de l'échange d'informations entre les liens.
Basique élément de communication aérienne de l'aviation - réseau radio. Un réseau radio est un ensemble de RS installés aux emplacements des correspondants en interaction (dans le centre de contrôle et à bord de l'avion) et réunis par des canaux radio communs, ceux fonctionnant sur les mêmes fréquences radio. En règle générale, les réseaux radio sont organisés sur une base radiale. Le réseau radio permet l'échange d'informations entre le répartiteur et l'équipage de chaque avion, ainsi que la transmission circulaire de données à tous les avions simultanément. Les réseaux radio sont créés en fonction du nombre de secteurs ATC.
L'élément le plus important assurant la continuité est la procédure réglementée de changement de réseau radio. Dans les réseaux de communication aéronautiques, une fréquence est généralement attribuée à l'émission et à la réception, et la communication s'effectue en mode simplex, où l'émission et la réception alternent.
Les éléments des réseaux de communication terrestres sont : les unités d'abonnés, les canaux et les nœuds de communication. Les nœuds de communication CS servent à distribuer des informations le long de lignes et de canaux de communication menant à différents emplacements géographiques. Le principe de construction de la communication télégraphique filaire est radial-nodal, c'est-à-dire que les principaux nœuds GUS sont fournis, unissant des groupes de nœuds régionaux et des canaux de communication reliant les nœuds aux nœuds principaux et entre eux. Ce principe garantit l'obtention d'une efficacité et d'une fiabilité élevées de la communication, puisque des solutions de contournement peuvent être utilisées. Lors de la création de réseaux de communication terrestres, les canaux des réseaux de communication nationaux sont largement utilisés. Les télécommunications au sol dans l'aviation civile servent à la communication entre les aérodromes et les organismes de contrôle administratif et opérationnel. Un réseau téléphonique fixe est également en cours d'organisation.
Ingénieur système chez INTELCOM Line
Après avoir évalué le débit requis sur chaque section du réseau IP, il est nécessaire de décider du choix des technologies de réseau OSI et de couche liaison. Conformément aux technologies sélectionnées, les modèles d'équipements réseau les plus adaptés sont déterminés. Cette question est également difficile, car le débit dépend directement des performances du matériel, et les performances, à leur tour, dépendent de l'architecture matérielle et logicielle. Examinons de plus près les critères et méthodes d'évaluation de la capacité des canaux et des équipements dans les réseaux IP.
Critères d'évaluation de la bande passante
Depuis l’émergence de la théorie du télétrafic, de nombreuses méthodes ont été développées pour calculer la capacité des canaux. Cependant, contrairement aux méthodes de calcul appliquées aux réseaux à commutation de circuits, le calcul du débit requis dans les réseaux par paquets est assez complexe et il est peu probable qu'il fournisse des résultats précis. Tout d'abord, cela est dû à un grand nombre de facteurs (notamment ceux inhérents aux réseaux multiservices modernes), assez difficiles à prévoir. Dans les réseaux IP, une infrastructure commune est généralement utilisée par de nombreuses applications, chacune pouvant utiliser son propre modèle de trafic. De plus, au sein d'une session, le trafic transmis dans le sens aller peut différer du trafic transmis dans le sens opposé. De plus, les calculs sont compliqués par le fait que la vitesse du trafic entre les différents nœuds du réseau peut changer. Par conséquent, dans la plupart des cas, lors de la construction de réseaux, l'estimation de la capacité est en réalité déterminée par recommandations générales fabricants, des études statistiques et l’expérience d’autres organisations.
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Pour déterminer plus ou moins précisément la quantité de bande passante requise pour le réseau en cours de conception, vous devez d'abord savoir quelles applications seront utilisées. Ensuite, pour chaque application, vous devez analyser comment les données seront transférées pendant les périodes sélectionnées et quels protocoles sont utilisés pour cela.
Pour exemple simple Considérons les applications d'un petit réseau d'entreprise.
Exemple de calcul de bande passante
Supposons qu'il y ait 300 ordinateurs de travail et le même nombre de téléphones IP sur le réseau. Il est prévu d'utiliser les services suivants : email, téléphonie IP, vidéosurveillance (Fig. 1). Pour la vidéosurveillance, 20 caméras sont utilisées, à partir desquelles les flux vidéo sont transmis au serveur. Essayons d'estimer quelle bande passante maximale est requise pour tous les services sur les canaux entre les commutateurs centraux du réseau et aux jonctions avec chacun des serveurs.
Il convient de noter d'emblée que tous les calculs doivent être effectués pour la période de plus grande activité réseau des utilisateurs (dans la théorie du télétrafic - heures de pointe), car généralement pendant ces périodes, les performances du réseau sont les plus importantes et les retards et pannes de fonctionnement des applications associés à un manque de bande passante se produit. , sont inacceptables. Dans les organisations, la charge la plus importante sur le réseau peut survenir, par exemple, à la fin de la période de reporting ou lors d'un afflux saisonnier de clients, lorsque le plus grand nombre des appels téléphoniques et la plupart des messages électroniques sont envoyés.
E-mail
Revenant à notre exemple, considérons un service de messagerie. Il utilise des protocoles qui s'exécutent sur TCP, ce qui signifie que le taux de transfert de données est constamment ajusté pour utiliser toute la bande passante disponible. Ainsi, nous partirons de la valeur maximale du délai d'envoi d'un message - disons qu'une seconde suffira pour mettre l'utilisateur à l'aise. Ensuite, vous devez estimer la taille moyenne du message envoyé. Supposons qu'en période de pointe d'activité, les messages électroniques contiennent souvent diverses pièces jointes (copies de factures, rapports, etc.), donc pour notre exemple, nous prendrons la taille moyenne des messages à 500 Ko. Enfin, le dernier paramètre que nous devons sélectionner est le nombre maximum d'employés pouvant envoyer des messages simultanément. Supposons qu'en période d'urgence, la moitié des employés appuient simultanément sur le bouton "Envoyer" dans client de messagerie. Le débit maximum requis pour le trafic de courrier électronique serait alors de (500 Ko x 150 hôtes)/1 s = 75 000 Ko/s ou 600 Mbps. De là, nous pouvons immédiatement conclure que pour connecter le serveur de messagerie au réseau, il est nécessaire d'utiliser un canal Gigabit Ethernet. Au cœur du réseau, cette valeur sera l’un des termes qui composent le débit total requis.
Téléphonie et vidéosurveillance
D'autres applications - téléphonie et vidéosurveillance - sont similaires dans leur structure de transmission de flux : les deux types de trafic sont transmis via Protocole UDP et ont une vitesse de transmission plus ou moins fixe. Les principales différences sont qu'en téléphonie, les flux sont bidirectionnels et limités par la durée de l'appel, tandis qu'en vidéosurveillance, les flux sont transmis dans un sens et, en règle générale, sont continus.
Pour estimer le débit requis pour le trafic téléphonique, supposons qu'en période de pointe d'activité, le nombre de connexions simultanées passant par la passerelle puisse atteindre 100. Lors de l'utilisation du codec G.711 dans Réseaux Ethernet la vitesse d'un flux, compte tenu des en-têtes et des paquets de service, est d'environ 100 kbit/s. Ainsi, pendant les périodes de plus grande activité des utilisateurs, la bande passante requise dans le cœur du réseau sera de 10 Mbit/s.
Le trafic de vidéosurveillance est calculé de manière simple et précise. Disons que dans notre cas, les caméras vidéo transmettent des flux de 4 Mbit/s chacune. La bande passante requise sera égale à la somme des vitesses de tous les flux vidéo : 4 Mbit/s x 20 caméras = 80 Mbit/s.
Il ne reste plus qu'à additionner les valeurs crêtes obtenues pour chacun des services réseau : 600 + 10 + 80 = 690 Mbit/s. Ce sera la bande passante requise dans le cœur du réseau. La conception doit également inclure la possibilité d'évoluer afin que les canaux de communication puissent desservir le plus longtemps possible le trafic d'un réseau en croissance. Dans notre exemple, il suffira d'utiliser Gigabit Ethernet pour répondre aux exigences des services et en même temps pouvoir développer le réseau de manière transparente en connectant plus de nœuds.
Bien entendu, l’exemple donné est loin d’être standard : chaque cas doit être considéré séparément. En réalité, la topologie du réseau peut être beaucoup plus complexe (Fig. 2) et une évaluation de la capacité doit être effectuée pour chaque section du réseau.
Il convient de noter que le trafic VoIP (téléphonie IP) est distribué non seulement des téléphones vers le serveur, mais également directement entre les téléphones. De plus, dans différents départements de l'organisation activité du réseau peut varier : le service support technique passe plus d'appels téléphoniques, le service projet utilise le courrier électronique plus activement que les autres, le service ingénierie consomme plus de trafic Internet que les autres, etc. Par conséquent, certaines parties du réseau peuvent nécessiter plus de bande passante que d’autres.
Débit utilisable et complet
Dans notre exemple, lors du calcul du débit de téléphonie IP, nous avons pris en compte le codec utilisé et la taille de l'en-tête du paquet. C’est un détail important à garder à l’esprit. En fonction de la méthode de codage (codecs utilisés), de la quantité de données transmises dans chaque paquet et des protocoles de couche liaison utilisés, le débit total du flux est formé. C'est le débit total qui doit être pris en compte lors de l'estimation du débit réseau requis. Ceci est particulièrement pertinent pour la téléphonie IP et d'autres applications qui utilisent la transmission en temps réel de flux à faible vitesse, dans lesquels la taille des en-têtes de paquet représente une partie significative de la taille du paquet entier. Pour plus de clarté, comparons deux flux VoIP (voir tableau). Ces flux utilisent la même compression, mais des tailles de charge utile différentes (en fait, le flux audio numérique) et des protocoles de couche liaison différents.
Le taux de transfert de données sous sa forme pure, sans tenir compte des en-têtes de protocole réseau (dans notre cas, un flux audio numérique), constitue une bande passante utile. Comme vous pouvez le voir sur le tableau, avec le même débit utile de flux, leur débit total peut varier considérablement. Ainsi, lors du calcul de la capacité réseau requise pour les appels téléphoniques lors des pics de charge, notamment pour les opérateurs télécoms, le choix des protocoles de canal et des paramètres de flux joue un rôle important.
Sélection d'équipement
Le choix des protocoles de couche liaison ne pose généralement pas de problème (aujourd'hui, la question se pose plus souvent de savoir quelle bande passante un canal Ethernet doit avoir), mais le choix du bon équipement peut poser des difficultés même pour un ingénieur expérimenté.
Développement technologies de réseau Parallèlement à la demande croissante des applications en matière de bande passante réseau, les fabricants d'équipements réseau sont contraints de développer des architectures logicielles et matérielles toujours nouvelles. Souvent, chez un seul fabricant, il existe des modèles d'équipement apparemment similaires, mais conçus pour résoudre des problèmes de réseau différents. Prends pour exemple, Commutateurs Ethernet: la plupart des fabricants, outre les commutateurs conventionnels utilisés dans les entreprises, disposent de commutateurs pour construire des réseaux de stockage de données, pour organiser les services des opérateurs, etc. Les modèles d'une même catégorie de prix diffèrent par leur architecture, « adaptée » à des tâches spécifiques.
Outre les performances globales, le choix des équipements doit également être basé sur les technologies prises en charge. Selon le type de matériel, un certain ensemble de fonctions et de types de trafic peuvent être traités au niveau matériel sans utiliser de ressources CPU et mémoire. Dans le même temps, le trafic provenant d'autres applications sera traité au niveau logiciel, ce qui réduit considérablement les performances globales et, par conséquent, le débit maximum. Par exemple, les commutateurs multicouches, grâce à leur architecture matérielle complexe, sont capables de transmettre des paquets IP sans réduire les performances lorsqu'ils sont connectés. charge maximale tous les ports. De plus, si l'on souhaite utiliser une encapsulation plus complexe (GRE, MPLS), alors de tels commutateurs (au moins modèles bon marché) ne nous conviennent probablement pas, car leur architecture ne prend pas en charge les protocoles correspondants, et dans le meilleur cas de scenario une telle encapsulation se fera au détriment d'un processeur central peu performant. Par conséquent, pour résoudre de tels problèmes, on peut considérer, par exemple, des routeurs dont l'architecture est basée sur un processeur central hautes performances et dépend davantage de la mise en œuvre logicielle que matérielle. Dans ce cas, au détriment du débit maximal, nous obtenons une vaste gamme de protocoles et de technologies pris en charge qui ne sont pas pris en charge par les commutateurs de la même catégorie de prix.
Performance globale de l'équipement
Dans la documentation de leurs équipements, les constructeurs indiquent souvent deux valeurs de débit maximum : l'une exprimée en paquets par seconde, l'autre en bits par seconde. Cela est dû au fait que la majeure partie des performances des équipements réseau est généralement consacrée au traitement des en-têtes de paquets. En gros, l'équipement doit recevoir le paquet, lui trouver un chemin de commutation approprié, générer un nouvel en-tête (si nécessaire) et le transmettre davantage. Évidemment, dans ce cas, ce n'est pas le volume de données transmises par unité de temps qui joue un rôle, mais le nombre de paquets.
Si l'on compare deux flux transmis à la même vitesse, mais avec des tailles de paquets différentes, alors la transmission d'un flux avec taille plus petite les packages nécessiteront plus de performances. Ce fait doit être pris en compte si, par exemple, un grand nombre de flux de téléphonie IP sont censés être utilisés sur le réseau - le débit maximum en bits par seconde sera ici bien inférieur à celui déclaré.
Il est clair qu'avec un trafic mixte, et même en tenant compte des services supplémentaires(NAT, VPN), comme c'est le cas dans la grande majorité des cas, il est très difficile de calculer la charge sur les ressources des équipements. Souvent, les fabricants d'équipements ou leurs partenaires effectuent Tests de résistance différents modèles dans différentes conditions et les résultats sont publiés sur Internet sous forme de tableaux comparatifs. La familiarisation avec ces résultats simplifie grandement la tâche de choix du modèle approprié.
Les pièges des équipements modulaires
Si sélectionné matériel réseau est modulaire, alors, en plus de la configuration flexible et de l'évolutivité promises par le fabricant, vous pouvez vous heurter à de nombreux pièges.
Lors du choix des modules, vous devez lire attentivement leur description ou consulter le fabricant. Il ne suffit pas de se laisser guider uniquement par le type d'interfaces et leur nombre, il faut aussi se familiariser avec l'architecture du module lui-même. Pour des modules similaires, il n'est pas rare que lors de la transmission du trafic, certains soient capables de traiter les paquets de manière autonome, tandis que d'autres transmettent simplement les paquets au module de traitement central pour un traitement ultérieur (en conséquence, pour des modules extérieurement identiques, leur prix peut différer plusieurs fois ). Dans le premier cas, les performances globales de l'équipement et, par conséquent, son débit maximum sont plus élevés que dans le second, puisqu'une partie de son travail CPU transferts vers les processeurs du module.
De plus, les équipements modulaires ont souvent une architecture bloquante (lorsque le débit maximum est inférieur à la vitesse totale de tous les ports). Cela est dû à la capacité limitée du bus interne par lequel les modules échangent du trafic entre eux. Par exemple, si un commutateur modulaire dispose d'un bus interne de 20 Gbit/s, sa carte de ligne Gigabit Ethernet à 48 ports ne peut utiliser que 20 ports lorsqu'elle est entièrement chargée. Vous devez également garder ces détails à l’esprit et lire attentivement la documentation lors du choix de l’équipement.
Lors de la conception de réseaux IP, la bande passante est un paramètre clé qui déterminera l'architecture du réseau dans son ensemble. Pour une évaluation plus précise du débit, vous pouvez suivre les recommandations suivantes :
- Étudiez les applications que vous envisagez d'utiliser sur le réseau, les technologies qu'elles utilisent et le volume du trafic transmis. Profitez des conseils des développeurs et de l'expérience de vos collègues pour prendre en compte toutes les nuances de ces applications lors de la construction de réseaux.
- Plongez en profondeur dans les protocoles réseau et les technologies utilisés par ces applications.
- Lisez attentivement la documentation lors du choix de l'équipement. Pour avoir un stock de solutions toutes faites, consultez les gammes de produits des différents fabricants.
En conséquence, lorsque faire le bon choix technologies et équipements, vous pouvez être sûr que le réseau satisfera pleinement aux exigences de toutes les applications et, étant suffisamment flexible et évolutif, durera longtemps.
La bande passante est une caractéristique universelle qui décrit quantité maximale unités d'objets passant par un canal, un nœud, une section. Cette caractéristique est largement utilisée par les signaleurs, les travailleurs des transports, l'hydraulique, l'optique, l'acoustique et l'ingénierie mécanique. Chacun donne sa propre définition. Habituellement, ils tracent la ligne en utilisant des unités de temps, liant clairement la signification physique à la vitesse du processus. Le canal de communication transmet des informations. Par conséquent, la caractéristique du débit est le débit binaire (bit/s, bauds).
Unité
Le bit/s standard est souvent complété par des préfixes :
- Kilo : kbps = 1000 bps.
- Méga : Mbps = 1 000 000 bps.
- Giga : Gbit/s = 1 milliard de bit/s.
- Téra : Tbit/s = 1 000 milliards. bps
- Peta : Pbit/s = 1 quadrillion bit/s.
Les dimensions en octets sont utilisées moins fréquemment (1B = 8 bits). La valeur fait généralement référence à la couche physique de la hiérarchie OSI. Une partie de la capacité du canal est supprimée par les conventions protocolaires : en-têtes, bits de démarrage... Les Bauds sont utilisés pour mesurer la vitesse modulée, qui indique le nombre de symboles par unité de temps. Pour système binaire(0, 1) les deux concepts sont équivalents. Le codage des niveaux, par exemple avec des séquences de pseudo-bruit, modifie le rapport de force. Le débit en bauds diminue au même débit binaire ; la différence est déterminée par la base du signal superposé. La limite supérieure théoriquement réalisable du débit modulé est liée à la largeur du spectre du canal par la loi de Nyquist :
bauds ≤ 2 x largeur (Hz).
En pratique, le seuil est atteint par la réalisation simultanée de deux conditions :
- Modulation à bande latérale unique.
- Codage linéaire (physique).
Les chaînes commerciales affichent un débit moitié moins élevé. Un vrai réseau transmet également des bits de trame, des informations de correction d'erreurs redondantes. Cette dernière s’applique doublement aux protocoles sans fil et aux lignes de cuivre à ultra haut débit. Titres de chaque suivant Niveau OSI réduire systématiquement la capacité réelle du canal.
Séparément, les experts stipulent des valeurs maximales - des nombres obtenus dans des conditions idéales. Vitesse réelle les connexions sont établies avec des équipements spécialisés, moins souvent logiciel. Les compteurs en ligne affichent souvent des valeurs irréalistes décrivant l'état d'une seule branche du World Wide Web. Le manque de standardisation ajoute à la confusion. Parfois, le débit binaire implique une vitesse physique, moins souvent – la vitesse du réseau (en soustrayant la quantité d'informations de service). Les valeurs sont liées comme suit :
vitesse du réseau= vitesse physique x vitesse du code.
Cette dernière valeur prend en compte la capacité à corriger les erreurs, toujours inférieure à une. La vitesse du réseau est nettement inférieure à la vitesse physique. Exemple:
- La vitesse du réseau du protocole IEEE 802.11a est de 6 à 54 Mbit/s. Débit binaire pur – 12..72 Mbit/s.
- La vitesse de transmission réelle de l'Ethernet 100Base-TX est de 125 Mbps, grâce au système d'encodage 4B5B adopté. Cependant, la technique de modulation linéaire NRZI appliquée permet de spécifier un débit de symboles de 125 Mbauds.
- Ethernet 10Base-T est dépourvu de code correcteur d'erreur, la vitesse du réseau est égale à la vitesse physique (10 Mbit/s). Cependant, le code Manchester utilisé détermine l'attribution de la valeur symbolique finale à 20 Mbauds.
- L'asymétrie du débit des canaux montant (48 kbit/s) et descendant (56 kbit/s) d'un modem vocal V.92 est bien connue. Les réseaux de plusieurs générations de communications cellulaires fonctionnent de la même manière.
La capacité du canal a été nommée Shannon - la limite supérieure théorique du débit du réseau en l'absence d'erreurs.
Théorie du renforcement des capacités
La théorie de l'information a été développée par Claude Shannon, observant les horreurs de la Seconde Guerre mondiale, introduisant le concept de capacité de canal et développant des modèles mathématiques. La simulation d'une ligne connectée comprend trois blocs :
- Émetteur.
- Canal bruyant (présence d'une source parasite).
- Destinataire.
Les informations transmises et reçues sont représentées par des fonctions de distribution conditionnelle. Le modèle capacitif de Shannon est décrit par des graphiques. L'exemple de Wikipédia donne un aperçu d'un environnement caractérisé par cinq niveaux discrets signal utile. Le bruit est sélectionné dans l'intervalle (-1..+1). La capacité du canal est alors égale à la somme du signal utile et de l'interférence modulo 5. La valeur obtenue est souvent fractionnaire. Il est donc difficile de déterminer la taille des informations initialement transmises (arrondie à l’augmentation ou à l’inférieur).
Les valeurs les plus éloignées (par exemple 1 ; 3) ne peuvent pas être confondues. Chaque ensemble formé de trois messages distinctifs ou plus est complété par un message flou. Bien que la capacité nominale du canal permette de transmettre 5 valeurs simultanément, une paire qui permet d'encoder les messages sans erreurs est efficace. Pour augmenter le volume, utilisez les combinaisons suivantes : 11, 23, 54, 42. La distance de code des séquences est toujours supérieure à deux. Les interférences sont donc impuissantes à empêcher la reconnaissance correcte de la combinaison. Le multiplexage devient possible, augmentant considérablement le débit du canal de communication.
Cinq valeurs discrètes sont également combinées par un graphe équilatéral. Les extrémités des bords indiquent des paires de valeurs que le récepteur peut confondre en raison de la présence de bruit. Ensuite, le nombre de combinaisons est représenté par un ensemble indépendant du graphe composé. Graphiquement, l'ensemble est assemblé par des combinaisons qui excluent la présence des deux points d'une même arête. Le modèle de Shannon pour un signal à cinq niveaux est composé exclusivement de paires de valeurs (voir ci-dessus). Attention, question !
- Qu’est-ce que les calculs théoriques complexes ont à voir avec le sujet abordé de la capacité des canaux ?
La chose la plus directe. D'abord système numérique pour transmettre des informations codées, Green Bumblebee (Seconde Guerre mondiale) utilisait un signal à 6 niveaux. Les calculs théoriques des scientifiques ont fourni aux alliés des communications cryptées fiables, leur permettant de tenir plus de 3 000 conférences. La complexité informatique des graphes de Shannon reste inconnue. Ils essayèrent d'obtenir un sens par des moyens détournés, continuant la série à mesure que l'affaire devenait plus complexe. Nous considérons le nombre de Lovas comme un exemple coloré de ce qui a été dit.
Débit
Bande passante vraie chaîne calculé selon la théorie. Un modèle de bruit est construit, par exemple gaussien additif, et l'expression du théorème de Shannon-Hartley est obtenue :
C = B log2 (1 + S/N),
B – bande passante (Hz); S/N – rapport signal/bruit. Le logarithme base 2 permet de calculer le débit (bit/s). L'amplitude du signal et du bruit est écrite en volts carrés ou en watts. La substitution des décibels donne un mauvais résultat. Formule peer-to-peer réseaux sans fil légèrement différent. Prenez la densité spectrale du bruit multipliée par la bande passante. Des expressions distinctes pour les canaux à fondu rapide et lent sont dérivées.
Fichiers multimédia
En ce qui concerne les applications de divertissement, le débit indique la quantité d'informations stockées et lues chaque seconde :
- Les taux d'échantillonnage des données varient.
- Échantillons de différentes tailles (bits).
- Parfois, un cryptage est effectué.
- Des algorithmes spécialisés compressent les informations.
Un juste milieu est sélectionné pour minimiser le débit binaire et garantir une qualité acceptable. Parfois, la compression déforme de manière irréversible le matériau source avec du bruit de compression. Souvent, la vitesse indique le nombre de bits par unité de temps de lecture audio ou vidéo (affiché par le lecteur). Parfois, la valeur est calculée en divisant la taille du fichier par la durée totale. Étant donné que la dimension est spécifiée en octets, un multiplicateur de 8 est saisi. Le débit binaire multimédia fluctue souvent. Le taux d'entropie est appelé taux minimum qui assure la préservation complète du matériau d'origine.
CD
La norme CD audio exige que le flux soit transmis à une fréquence d'échantillonnage de 44,1 kHz (profondeur de 16 bits). La musique stéréo typique est composée de deux canaux (haut-parleurs gauche et droit). Le débit binaire double en mono. Le débit du canal de modulation d'impulsions codées est déterminé par l'expression :
- débit = taux d'échantillonnage x profondeur x nombre de canaux.
La norme CD audio donne un chiffre final de 1,4112 Mbit/s. Un calcul simple montre : 80 minutes d'enregistrement occupent 847 Mo, hors en-têtes. La grande taille du fichier détermine la nécessité de compresser le contenu. Voici les numéros du format MP3 :
- 32 kbit/s – acceptable pour la parole articulée.
- 96 kbps – enregistrement de faible qualité.
- 0,160 kbit/s est un niveau faible.
- 192 kbps est quelque chose entre les deux.
- 256 kbps est typique pour la plupart des pistes.
- 320 kbps – qualité supérieure.
L'effet est évident. Réduire la vitesse tout en augmentant la qualité de lecture. Les codecs téléphoniques les plus simples prennent 8 kbit/s, Opus - 6 kbit/s. La vidéo est plus exigeante. Un flux Full HD 10 bits non compressé (24 images) consomme 1,4 Gbit/s. La nécessité pour les prestataires de dépasser continuellement les records précédemment établis devient évidente. Écoute du dimanche en famille à l'élémentaire mesurée impressions générales spectateurs. Il est difficile d'expliquer aux proches ce qu'est une erreur de numérisation d'image.
De véritables filières se construisent, assurant une offre solide. Des raisons similaires déterminent les progrès des normes médias numériques. Dolby Digital (1994) prévoyait clairement la perte d'informations. La première projection de Batman Returns (1992) a été diffusée à partir d'un film 35 mm contenant un son compressé (320 kbps). Les images vidéo ont été transférées par un scanner CCD et l'équipement a décompressé l'audio en cours de route. Équipée d'un système Digital Surround 5.1, la salle nécessitait un traitement numérique supplémentaire du flux.
Les systèmes réels sont souvent constitués d’un ensemble de canaux. Aujourd'hui, l'ancien chic est remplacé par Dolby Surround 7.1 et Atmos gagne en popularité. Des technologies identiques peuvent être mises en œuvre de manière presque originale. Voici des exemples d’audio à huit canaux (7.1) :
- Dolby Digital Plus (3/1,7 Mbit/s).
- Dolby TrueHD (18 Mbit/s).
La bande passante spécifiée varie.
Exemples de capacité de canal
Considérons l'évolution des technologies de transmission d'informations numériques.
Modems
- Paire acoustique (1972) – 300 bauds.
- Modem Vadik&Bell 212A (1977) – 1200 bauds.
- Canal RNIS (1986) – 2 canaux 64 kbit/s (vitesse totale – 144 kbit/s).
- 32bis (1990) – jusqu'à 19,2 kbit/s.
- 34 (1994) – 28,8 kbit/s.
- 90 (1995) – 56 kbit/s en aval, 33,6 kbit/s en amont.
- 92 (1999) – 56/48 kbps en aval/en amont.
- ADSL (1998) – jusqu'à 10 Mbit/s.
- ADSL2 (2003) – jusqu'à 12 Mbit/s.
- ADSL2+ (2005) – jusqu'à 26 Mbit/s.
- VDSL2 (2005) – 200 Mbit/s.
- rapide (2014) – 1 Gbit/s.
Réseau local Ethernet
- Version expérimentale (1975) – 2,94 Mbit/s.
- 10BASES (1981, câble coaxial) – 10 Mbit/s.
- 10BASE-T (1990, paire torsadée) – 10 Mbit/s.
- Fast Ethernet (1995) – 100 Mbit/s.
- Gigabit Ethernet (1999) – 1 Gbit/s.
- 10 Gigabit Ethernet (2003) – 10 Gbit/s.
- 100 Gigabit Ethernet (2010) – 100 Gbit/s.
Wifi
- IEEE 802.11 (1997) – 2 Mbit/s.
- IEEE 802.11b (1999) – 11 Mbit/s.
- IEEE 802.11a (1999) – 54 Mbit/s.
- IEEE 802.11g (2003) – 54 Mbit/s.
- IEEE 802.11n (2007) – 600 Mbit/s.
- IEEE 802.11ac (2012) – 1 000 Mbit/s.
cellulaire
- Première génération:
- NMT (1981) – 1,2 kbit/s.
- 2G :
- GSM CSD, D-AMPS (1991) – 14,4 kbit/s.
- BORD (2003) – 296/118,4 kbps.
- 3G :
- UMTS-FDD (2001) – 384 kbit/s.
- UMTS HSDPA (2007) – 14,4 Mbit/s.
- UMTS HSPA (2008) – 14,4/5,76 Mbit/s.
- HSPA+ (2009) – 28/22 Mbit/s.
- CDMA2000 EV-DO Rév. B (2010) – 14,7 Mbit/s.
- HSPA+ MIMO (2011) – 42 Mbit/s.
- 3G+ :
- IEEE 802.16e (2007) – 144/35 Mbit/s.
- LTE (2009) – 100/50 Mbit/s.
- 4G :
- LTE-A (2012) – 115 Mbit/s.
- WiMAX 2 (2011-2013, IEEE 802.16m) – 1 Gbit/s (maximum fourni par les objets fixes).
Le Japon présente aujourd'hui la cinquième génération de communications mobiles, augmentant ainsi les capacités de transmission de paquets numériques.
De nombreux facteurs peuvent déformer ou endommager un signal. Le plus courant d’entre eux est l’interférence ou le bruit, c’est-à-dire tout signal indésirable qui se mélange et déforme le signal destiné à être transmis ou reçu. Pour les données numériques, la question se pose : dans quelle mesure ces distorsions limitent-elles le débit de transfert possible des données ? La vitesse maximale possible dans certaines conditions à laquelle les informations peuvent être transmises le long d'un chemin ou canal de communication spécifique est appelée passer capacité canal.
Il y a quatre concepts que nous essaierons de relier ensemble.
Taux de transfert de données - la vitesse en bits par seconde (bit/s) à laquelle vous pouvez
transmettre des données ;
Bande passante - la bande passante du signal transmis, limitée par la transmission aux ohms et la nature du support de transmission. Elle s'exprime en périodes en secondes, ou hertz (Hz).
Bruit. Niveau de bruit moyen dans le canal de communication.
Niveau d'erreur – fréquence d'apparition des erreurs et des effets secondaires. Une erreur est considérée comme la réception du 1 et l’émission du 0 et vice versa.
Le problème est le suivant : les communications ne sont pas bon marché et, en général, plus leur bande passante est large, plus elles sont chères. De plus, tous les canaux de transmission présentant un intérêt pratique ont une bande passante limitée. Les limitations sont causées par les propriétés physiques du support de transmission ou par des limitations délibérées de la bande passante de l'émetteur lui-même, conçues pour éviter les interférences avec d'autres sources.
Bien entendu, nous souhaitons utiliser la bande passante disponible de la manière la plus efficace possible. Pour les données numériques, cela signifie que pour une certaine bande, il est souhaitable d'obtenir le débit de données maximum possible compte tenu du niveau d'erreur existant. La principale limite pour atteindre une telle efficacité est l’interférence.
Méthodes d'accès au support dans les réseaux sans fil
L'un des principaux problèmes liés à la construction de systèmes sans fil est de résoudre le problème de l'accès de nombreux utilisateurs à une ressource limitée du support de transmission. Il existe plusieurs méthodes d'accès de base (également appelées méthodes de multiplexage ou de multiplexage), basées sur la répartition de paramètres tels que l'espace, le temps, la fréquence et le code entre les stations. Le but du multiplexage est d'attribuer de l'espace, du temps, de la fréquence et/ou du code à chaque canal de communication avec un minimum d'interférences mutuelles et une utilisation maximale des caractéristiques du support de transmission.
Jointavec spatialdivision
Basé sur la séparation des signaux dans l'espace lorsque l'émetteur envoie un signal à l'aide d'un code Avec, temps t et fréquence F dans la zone s je. Autrement dit, chaque appareil sans fil ne peut transmettre des données que dans les limites d'un territoire spécifique, dans lequel il est interdit à tout autre appareil de transmettre ses messages.
Par exemple, si une station de radio diffuse sur une fréquence strictement définie sur son territoire et qu'une autre station dans la même zone commence également à émettre sur la même fréquence, alors les auditeurs de radio ne pourront pas recevoir de signal « propre » d'aucune source. de ces gares. C’est une autre affaire si les stations de radio fonctionnent sur la même fréquence dans différentes villes. Il n'y aura pas de distorsion des signaux de chaque station radio en raison de la portée limitée de propagation des signaux de ces stations, ce qui élimine leur chevauchement les uns avec les autres. Un exemple typique est celui des systèmes de téléphonie cellulaire.
Jointavec section de fréquencejetion(Multiplexage par répartition en fréquence, FDM)
Chaque appareil fonctionne à une fréquence strictement définie, grâce à laquelle plusieurs appareils peuvent transmettre des données sur un même territoire (Figure 3.2.6). C'est l'une des méthodes les plus connues, utilisée d'une manière ou d'une autre dans les systèmes de communication sans fil les plus modernes.
Figure 3.2.6 – Principe de répartition fréquentielle des canaux
Une illustration claire d'un système de multiplexage de fréquences est l'exploitation de plusieurs stations de radio fonctionnant à des fréquences différentes dans une même ville. Pour se désaccorder de manière fiable, leurs fréquences de fonctionnement doivent être séparées par un intervalle de fréquence de protection pour éviter les interférences mutuelles.
Ce système, bien qu'il permette l'utilisation de plusieurs appareils dans une zone donnée, entraîne lui-même un gaspillage inutile de ressources de fréquence généralement rares, car il nécessite l'attribution d'une fréquence distincte pour chaque appareil sans fil.
Jointavec section temporaireeparesse(Multiplexage temporel, TDM)
Dans ce schéma, la distribution des chaînes s'effectue dans le temps, c'est-à-dire chaque émetteur diffuse un signal à la même fréquence F dans la zone s, mais à des périodes différentes t i (généralement à répétition cyclique) avec des exigences strictes en matière de synchronisation du processus de transmission (Figure 3.2.7).
Figure 3.2.7 – Principe de répartition temporelle des chaînes
Ce schéma est très pratique car les intervalles de temps peuvent être redistribués dynamiquement entre les périphériques réseau. Les appareils avec plus de trafic se voient attribuer des intervalles plus longs que les appareils avec moins de trafic.
Le principal inconvénient des systèmes de multiplexage temporel est la perte instantanée d'informations lorsque la synchronisation dans le canal est perdue, par exemple en raison de fortes interférences, accidentelles ou intentionnelles. Cependant, une expérience réussie dans l'exploitation de systèmes TDM aussi célèbres que le cellulaire réseaux téléphoniques La norme GSM indique une fiabilité suffisante du mécanisme de compactage temporaire.
Jointcode séparé(Multiplexage par répartition en code, CDM)
Dans ce schéma, tous les émetteurs transmettent des signaux à la même fréquence F , dans la zone s et pendant t, mais avec des codes différents c je.
Le nom du mécanisme de séparation des canaux basé sur CDM (CDMA, CDM Access)
la norme de téléphonie cellulaire IS-95a a même été nommée, ainsi qu'un certain nombre de normes pour la troisième génération de systèmes de communication cellulaire (cdma2000, WCDMA, etc.).
Dans le schéma CDM, chaque émetteur remplace chaque bit du flux de données d'origine par un symbole CDM - une séquence de codes de longueur 11, 16, 32, 64, etc. bits (on les appelle des chips). La séquence de codes est unique pour chaque émetteur. En règle générale, si un certain code CDM est utilisé pour remplacer « 1 » dans le flux de données d'origine, alors pour remplacer « 0 », le même code est utilisé, mais inversé.
Le récepteur connaît le code CDM de l'émetteur dont il doit recevoir les signaux. Il reçoit en permanence tous les signaux et les numérise. Puis, dans un dispositif spécial (corrélateur), il effectue l'opération de convolution (multiplication avec accumulation) du signal numérisé d'entrée avec le code CDM qu'il connaît et son inversion. Sous une forme quelque peu simplifiée, cela ressemble au fonctionnement du produit scalaire du vecteur de signal d'entrée et du vecteur avec le code CDM.
Si le signal à la sortie du corrélateur dépasse un certain seuil défini, le récepteur considère qu'il a reçu un 1 ou un 0. Pour augmenter la probabilité de réception, l'émetteur peut répéter l'envoi de chaque bit plusieurs fois. Dans ce cas, le récepteur perçoit les signaux provenant d'autres émetteurs avec d'autres codes CDM comme du bruit additif.
De plus, en raison de la redondance élevée (chaque bit est remplacé par des dizaines de puces), la puissance du signal reçu peut être comparable à la puissance du bruit intégré. La similarité des signaux CDM avec le bruit aléatoire (gaussien) est obtenue à l'aide de codes CDM générés par un générateur de séquence pseudo-aléatoire. Par conséquent, cette méthode est également appelée méthode d'étalement du spectre du signal à l'aide d'une séquence directe (DSSS - Direct Sequence Spread Spectrum), l'étalement du spectre sera discuté ci-dessous.
L'aspect le plus fort de ce sceau réside dans la sécurité et le secret accrus de la transmission des données : sans connaître le code, il est impossible de recevoir un signal et, dans certains cas, d'en détecter la présence. De plus, l'espace de code est incomparablement plus grand par rapport au schéma de multiplexage de fréquence, ce qui permet d'attribuer sans problème à chaque émetteur son propre code individuel.
Jusqu'à récemment, le principal problème du multiplexage de codes était la complexité de la mise en œuvre technique des récepteurs et la nécessité d'assurer une synchronisation précise de l'émetteur et du récepteur pour garantir la réception du paquet.
Mécanisme de multiplexage via des fréquences porteuses orthogonales (OrthogonalFréquenceDivisionjesionMultiplexage, OFDM)
L'ensemble de la gamme de fréquences disponible est divisée en plusieurs sous-porteuses (de plusieurs centaines à des milliers). Un canal de communication (récepteur et émetteur) est affecté à la transmission de plusieurs porteuses de ce type, sélectionnées parmi l'ensemble selon une certaine loi. La transmission s'effectue simultanément sur toutes les sous-porteuses, c'est-à-dire dans chaque émetteur le flux de données sortant est divisé en N sous-flux, où N– le nombre de sous-porteuses attribuées à cet émetteur.
La répartition des sous-porteuses peut changer dynamiquement pendant le fonctionnement, ce qui rend ce mécanisme non moins flexible que la méthode de multiplexage temporel.
Le schéma OFDM présente plusieurs avantages. Premièrement, seuls certains sous-canaux seront soumis à un évanouissement sélectif, et non l’ensemble du signal. Si le flux de données est protégé par un code de correction d’erreurs directe, cet évanouissement est alors facile à combattre. Mais plus important encore, l’OFDM permet de supprimer les interférences intersymboles. L'interférence entre symboles a un impact significatif à des débits de données élevés car la distance entre les bits (ou symboles) est petite.
Dans le schéma OFDM, le débit de transmission des données est réduit de N fois, ce qui permet d'augmenter le temps de transmission des symboles de N une fois. Ainsi, si le temps de transmission des symboles pour le flux original est T s , alors la période du signal OFDM sera égale à NT s. Cela vous permet de réduire considérablement l'impact des interférences intersymboles. Lors de la conception d'un système N est choisi pour que la valeur NT s ont largement dépassé la propagation quadratique moyenne des retards de canal.