Деректерді тасымалдау жылдамдығы
Шартты белгілер мен қысқартулар
АТС-Автоматты телефон станциясы
- АТС
- АТС
Мазмұны
Кіріспе 9
1 Сандық дыбыс 12
1.1 Дыбысты тығыздау. Ақпаратты тасымалдаудың сымдық ортасы және магнитті тасушылар 14
1.2 Есілген жұп және коаксиалды кабель. Электрқоректену сымдары 18
1.3 Талшықты оптикалық кабельдер және олардың қолданылуы. Жарықтың талшық бойымен өтуі 23
1.4 Тасымалдау желісін жетілдіру әдістеріне сараптама жасау.Байланыс жолдары. Жалпы қолданыстағы коммутациялаушы желі. 35
1.5 Дербес спутниктік байланыс жүйесі 40
2 Спектрді кеңейту әдісі 43
2.1 Аналогтық телефон желілері 47
2.2 АТС координатты типті коммутациялық құралдардың жұмыс істеу принципін және конструкциясын зерттеу. ADSL мен кабельдің айырмашылықтары 52
3 АТС квазиэлектронды коммутациялық құралдардың жұмыс істеу принципін және конструкциясын зерттеу. 56
3.1 Матрицалық электронды қосқыштардың жұмыс істеу принципін зерттеу. 58
3.2 УАҚ-ты құру(Уақытты ауыстырып қосқыш) 59
3.3 Электронды АТС беру трактісі 62
3.4 ҚТС желілерін құру. СТС желілерін құру 65
3.5 АТСК 1002000-дағы шақыру қызметінің процесін және құрамын зерттеу. 69
Қорытынды 75
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 78
Қосымша 1 80
Қосымша 2 81
Кіріспе
Қазақстанның магистральды бірінші байланыс желілерінің қазіргі уақыттағы дамысы кабельді, радиорелелік және ғарыштық байланыс жүйелерін қолдануға негізделіп отыр. Атмосфералық әсерлерден және әртүрлі кедергілерден жоғары қорғалған байланыс каналды кабельді байланыс желілері, республиканың ең негізгі байланыс желілері болып саналады. Кабельді желімен барлық ақпараттың 75% таратылады.
Қазіргі уақытта әртүрлі белгіленген орындарға жеткілікті мықты байланыс түйіндерін жеткізуге мүмкіндік беретін ең көп тараған байланыс құралы коаксиалды кабельдер болып табылады.
Коаксиалды кабельдерде аналогтық сияқты цифрлық жеткізу жүйелері де жұмыс істейді. Дегенмен, металлды кабельдерде елеулі кемшіліктері бар: жиілікті өткізуде шектелген жолақ; найзағайдан зақымдалудан жоғары ықтималдық; құралдың антитоттануының жоғарғы мәні; өңді металлдарды көп пайдалануда (кабельді өндірушілік 50%-ке дейін мысты пайдаланады және жалпы ресурстың 25%-ке дейін қорғасынын қолданады); екі ортадағы күшейту пунктерінің сандарының өте көп болуы - бұл жүйенің сенімділігін төмендетуге және оның бағасының көтерілуіне алып келеді.
Жіберілетін ақпараттың көлемі кенет көтерілген жағдайда ғарыштық байланыс және радиорелелік байланыстары сияқты кең таралған байланыс жолдарымен салыстырғанда талшықты-оптикалық кабельді байланысты қолдану нәтижесінде, өткізудегі кең жолақтылығы едәуір жоғары болып, толық қол жетімділікке мүмкіндік береді. Оптикалық кабельді қолдану өзара байланған байланыс желісінің барлық аудандарында экономикалық эффективті және мақсатқа сай болады. Бұл тек жіберу жүйесінде техникалық-экономикалық көрсеткішті едәуір жоғарылатып қана қоймай, сонымен қатар цифрлық желіге кезең-кезеңімен өткізуге мүмкіндік беріп интегралды қызмет көрсетуді (ISDN желісі) қамтамасыз етеді. Әсіресе қазіргі кездегі бүкіл әлемде өңді металдың тапшылығы кезінде, әсіресе мыстың, ТОБЖ-н дәл қазір енгізу өте көкейкесті мәселеге айналып отыр.
80-жылдардың басында нақты шартты жағдайда талшықты-оптикалық байланыс жүйесі жетілдіріле түсті және сыналынды. Бұндай жүйені қолданудағы басты негізгі сфера - телефонды желі, кабельді телевидение, ішкі объективті байланыс, есептеу техникасы, технологиялық процесстерді басқару мен контроль системасы және т.б.
Қалалық байланыс желілерінде оптикалық кабель көп қолдануда. Себебі оптикалы-талшықты кабель арқылы байланыс ғылыми-техникалық прогресстің негізгі бағытының бірі болып табылады. Оптикалық кабельдер мен жүйелер тек қалалық және қалааралық байланысты ұйымдастырып қана қоймай, сонымен қатар кабельді телевидения, видеотелефония, радиотарату, есептеуіш техникада, корпоративті желілердің технологиялық байланысында қолданылады.
Оптикалық-талшықты байланысты қолдану арқылы ақпараттарды тарату көлемі, кең таралған спутникті байланыс, радиорелелі байланыспен салыстырғанда тез өсті, яғни оптикалық-талшықты тарату жүйесі жіберу жолағы кең болады.
Байланыстың оптикалық кабельмен жүйесін дамытудың негізгі факторы болып оптикалы квантты генератордың лазердің пайда болуы себепші болды. Лазер сөзі Light Amрlification by Emission of Radiation сөзінің бастапқы әріптерінен құралып, индуцирленген сәуле көмегімен сәулені күшейту деген мағынаны білдіреді. Лазерлі жүйелер толқынның оптикалы диапазонында жұмыс істейді. Егер мәліметтерді тарату кабельмен жүргізілсе - мегагерц жиілік, ал толқын тасығышта - гигагерц, онда лазерлік жүйелер үшін көрінетін және инфрақызыл жолақты оптикалық толқын диапазоны (жүздеген терагерц) қолданылады.
Байланыстың оптикалы-талшықты жүйесінің бағыттауыш жүйелерін өткізу көлемі мен қабылдау әдісіне байланысты диэлектрлі толқын тасығыш немесе талшық деп аталады.
Тарихына үңілсек бірінші әртүрлі қоспалы жарықтасығыш пайда болып, оның өшуі 1000дбкм құрады, сосын 20дбкм өшуі бар талшықты жарықтасығыштар пайда болды (1970 ж). Бұл жарықтасығыштың жүрекшесі сыну коэффициентін жоғарылату үшін титан қосылған кварцты қолданды, ал сыртқы таза кварцпен қапталған. Келесі ұрпақ жарықтасығыштардың өшуі 4 дбкм дейін төмендеді (1974 ж), ал 1979 жылдары сипаттамасы жақсарған, толқын ұзындығы 1,55 мкм тең жарықтасығыштар (өшуі 0,2 дбкм тең) пайда болды.
Қазіргі уақытта оптикалық-талшықты кабельдер көптеген елдерде өндірілуде және қолданыста.
Сандық тарату жүйелерін PDH негізінде енгізу ХХ-ғасырдың 70-ші жылдары басталды. Бағыттаушы орта негізінде метал өткізгішті кабельдер қолданды. Сандық тарату жүйелерін SDH негізінде енгізу ғасырдың 90-шы жылдарында сигналдардың оптикалық тарату техникасы мен технологиясы дамыған кезде пайда болды.
PDH жүйелерінде төмен сатылы иерархияға тікелей қолжетімділік жоқ, тек жоғары сатылы циклдер қосылған. Мұндай қолжетімділік қажеттілігінде (мысалы, арналарды бөлу пункттерінде) қалыптастыруды және сызықты сигналдарды қайта жинауды қажет етеді.
SDH жүйелерінде бұл мәселе құрамында әртүрлі деңгейдегі VC-n виртуалды контейнері бар STM-N транспорттық модулін ұйымдастыру жолы арқылы шешіледі. Бұл деңгей жүктемені әртүрлі PDH сигнал деңгейлері АТМ ұяшығы немесе басқа да сигналдарды транспортировка жасауға жасалады. Виртуалды контейнерлер транспортты модульдерге толқын фазасын компенсациялайтын және тактілік жиілікті өшіріп олардың циклінің басталуын көрсетеді. Көрсеткіш позициясы STM-N фиксирленген. Сондықтан әрқашан жүктеме циклінің басталуы белгілі болады. Бұл дегеніміз сызықтық трактте сигналдарды тікелей мультиплекстеу деп аталады.
PDH жүйелерінде желілік синхронизация бірінші сатыда орындалады (2048 кбитс), жоғары сатының сандық ағыны синхрондалмаған. Бұл уақытта SDH желілік түйіндері синхронды режимде жұмыс істейді. Аумақтың барлық түйіндері (мысалы, ұлттық желі) МСЭ G.811 Ұсынысымен анықталған бір жоғары деңгейлі қорек көзінен синхрондалады.
Синхрондалған ақпараттардың тасығышы ретінде STM-N сызықты сигналдар қызмет етеді. Синхронды аумақтардың өзара әрекеті синхронды режимде іске асырылады. Плезихронды режимді де авариялық негізінде қолдануға болады. PDH және SDH жүйелерінің қолдану ортасын келесі әдіспен анықтауға болады. SDH жүйелерінде көп магистральді желіні, зоналық желі аумақтарын экономикасы дамыған аумақтарды магистральді желіге сонымен қатар қалалық желілерді дөңгелек құрылымды ұйымдастыруы қарапайым болуында. Осы уақытта PDH жүйелерін SDH желілеріне қолжетім кезінде және магистральді желілерге, SDH желілерінің жіберу мүмкіншілігі аз болғанда қолданылады.
Деректер тасымалдау ортасы сымды және сымсыз болуы мүмкін. Негізгі сымды тасымалдау ортасы есілген жұп, коаксиалды кабель және оптоталшықты кабель болып саналады. Сымсыз ортада радио, микротолқын, ауа арқылы таралатын инфрақызыл және лазерлі сәулелерді, сонымен бірге спутниктік байланысты айтуға болады.
Барлық ауқымды желілердің негізгі элементі - телефон жүйесі. Оның негізгі компоненті - жергілікті тораптар, магистральдар және коммутаторлар. ADSL жергілікті торапты параллель жұмыс істейтін көптеген виртуалды арналарға бөлу арқылы 40 Мбитс жылдамдықпен жұмыс істейді. Бұл телефон модемдерінің жылдамдығынан бірнеше есе жоғары. Пассивті оптоталшық желілері ADSL - ді қолжеткізу жылдамдығынан да жоғары жылдамдыққа жету үшін талшықты үйге дейін әкеледі.
Магистральдар сандық деректерді тасымалдайы. Оларда әр түрлі тығыздау әдістері қолданылады. Спекторлық тығыздау (WDM) жеке талшықта сыйымдылығы үлкен бірнеше каналды қамтамасыз етеді. Уақытша (TDM) тығыздау әр жоғары жылдамдықты байланысты тұтынушылар арасында бөледі. Каналды коммутациялау және дестелерді коммутациялау технологиялары өте маңызды.
Кабельдік теледидар балама желілік жүйе болып саналады. Ол коаксиалды кабельден аралас оптокоаксиалды желіге, теледидардан теледидар және Интернетке дейін өзгерді. Бұл жүйенің өткізгіштік қабілеттілігі жоғары, бірақ нақты қызмет көрсету сапасы активті тұтынушылар саны мен қызметіне тәуелді.
1 Сандық дыбыс
Дыбыстық толқын бірөлшемді акустикалық толқын (қысым толқыны) болып келеді. Осындай толқын құлаққа жеткен кезде, дабыл жарғағы тербеліп, ішкі құлақтың жіңішке сүйектерін тербелте бастайды, нәтижесінде нерв жүйесі бойынша бастағы миға пульсациялық сигнал жөнелтіледі. Бұл пульсацияны тыңдаушы дыбыс ретінде қабылдайды. Дәл осылайша, акустикалық толқын микрофонға әсер еткенде, ол дыбыс амплитудасын уақыт функциясы ретінде қабылдайтын электр сигналын құрастырады.
Адам құлағының 20-дан 20 000 Гц жиілік диапазонындағы сигналды есту қабілеті бар, ал жануарлар мысалы, иттер оданда жоғары жиілікті ести алады. Құлақтың қабылдайтын дыбыс қаттылығы, амплитудаға қатысты логарифмдік түрде өзгереді, сондықтан амплитудалары А және В екі дыбыстың күші әдетте, 10 log10log10(АВ) ретінде дицибелмен (дБ) өлшенеді. Егер естудің төменгі шегін (2x105 Па шамадағы қысым) жиілігі 1 кГц синусоидалық толқынды 0 дБ ретінде алсақ, онда әдеттегі сөйлесу қаттылығы сәйкесінше 50 дБ болады, ал 120 дБ дыбыста ауру сезгіштік шегі орын алады, бұл 1 млн. амплитудаға сәйкес келеді.
Адам құлағы бірнеше секунд жалғасатын дыбыс өзгерісіне өте сезімтал. Көз керісінше мұндай қысқа уақытты өзгерістерді байқай алмайды. Сонымен, мультимедианы тасымалдау кезіндегі бірнеше миллисекундтық флуктуация (джиттер) сурет сапасына қарағанда дыбыс сапасына көбірек әсер етеді.
Сандық аудио - аудиотолқынды қайта қалыпқа келтіру үшін қолданылатын сандық ұсыну. Дыбыстық толқындарды аналогтық-сандық түрлендіруші (АСТ) көмегімен сандық формаға түрлендіруге болады. АСТ-ға кірісіне электр кернеуі беріледі, ал шығысында екілік сан құрастырылады. 1.1 а суретінде синусоидалық толқын мысалы келтірілген. Осы сигналды сандық түрде ұсыну үшін біз сигнал мәнін 1.1 ә суретінде көрсетілгендей ΔТ тең уақыт кезеңінде өлшей аламыз. Егер дыбыстық толқын таза синусоидалық емес, бірнеше синусоидалық толқын қосындысын құрайтын болса және оның құрама бөліктерінің ең жоғарғы жиілігі f-ке тең болса, онда Найквист теоремасына сәйкес сигналды әрі қарай қалпына келтіру үшін дискреттеу жиілігі 2f сигнал мәнін өлшеу жеткілікті. Жиілігі үлкен сигналды өлшеудің қажеті жоқ, себебі жоғары жиіліктер сигналға кірмейді.
Кері үдерісте сандық мәндер аналогтық электр кернеуіне түрлендіріледі. Бұл сандық аналогтық түрлендіруші (САТ) көмегімен жүзеге асырылады. Сонан кейін дыбысты күшейткіш аналогтық кернеуді акустикалық толқынға айналдырады да адамдар дыбысты ести алады. Мысалы, 1.1 б суретінде санаулар тек -1,00-ден +1,00-ге дейін 0,25 қадаммен, 9 мәнді қабылдай алады. Сегіз биттік кванттауда әр санау 256 әртүрлі мәннің бірін қабылдай алады. 16-биттік кванттауда сигналды бұданда жоғары дәлдікпен кодтауға болады, себебі әр сигнал мәніне 65 536 түрлі мәндердің бірін сәйкестендіре алады. Шекті сан мәнін қабылдай алатын квантталған сигналдың дұрыс сәйкес келмеуі салдарынан болған қателік кванттау шуы (quantization noise) деп аталады.
1.1 сурет. Толқын: а - синусоидалық; ә - дискреттеу; б - санауды 4 битпен кванттау
Сигналдың әр санауы ұсынылатын биттер саны жеткіліксіз болған кезде бұл шудың қаттылығы соншалық, бастапқы сигналдың өзгергенін де, шуды да ажыратуға болады.
Сандық дыбысты пайдаланудың екі жақсы мысалы телефон (егер жаңа сандық АТС қолданылса) және аудио-компакт-диск бола алады. Телефон жүйесінде қолданылатын импульсті-кодтық модуляциялауда, секундына 8000 рет өлшенетін сегіз биттік санау пайдаланылады. Қабылданатын бұрмалануды азайту үшін шкала сызықтық емес болып келеді және секундына 8000 өлшеу жүргізген кезде 4кГц-тен жоғары жиілік жоғалады. Солтүстік Америка және Жапонияда кодтау кезінде μ-заңдылығы (μ-law) қолданылады. Еуропада және әлемнің көптеген басқа елдерінде кодтау кезінде А-заңдылығы (А-law) қолданылады. Әр кодтау 64 000 битс деректер ағынын қамтамасыз етеді [1, 538 б.].
Аудио-компакт-дискке дискреттеу жиілігі 44 100 Гц санға айналдырылған дыбыстық сигнал жазылады, нәтижесінде жиілігі 22 кГц дыбысты сақтау алынады, бұл адамдар қабылдай алатын сапалы дыбыс, бірақ жақсы әуенді бағалай алатын иттер арасында өте төмен сапа болып саналады. Әр санауға 16 бит бөлінеді, оның мәні сигнал амплитудасына пропорционал. Өлшеулердің адам құлағы динамикалық диапазоны бір миллионнан аса мәнді қабылдай алатындығын көрсетсе де, 16-биттік санаудың тек 65 536 әртүрлі мәнді қабылдай алатынына назар аударыңыз. Сөйтіп, CD-сападағы аудио телефон арқылы берілетін аудиодан әлдеқайда жақсы болса да, 16 биттік санауды пайдалану кванттау шуын береді (динамикалық диапазон толық қамтылмаған, компакт-дискінің дыбыс сапасына ешқандай сөгіс жоқ). Кейбір аудиофил фанаттар осы уақытқа дейін CD-жазбаны емес, минутына 33 айналым ұзақ ойнайтын пластинканы таңдайды, себебі пластинканың 22 кГц шекті жиілік шектеуі және кванттау шуы жоқ (Алайда, егер оны ұқыпты ұстамаса, онда сызықтар пайда болады). Әрқайсысы 16 бит секундына 44 100 санау кезінде тығыздалмаған CD-сападағы аудиоға монофондық сигнал үшін 705,6 Кбитс және стереофондық сигнал үшін 1,411 Мбитс өткізгіштік қабілеттілік қажет [2, 165 б.].
1.1 Дыбысты тығыздау. Ақпаратты тасымалдаудың сымдық ортасы және магнитті тасушылар
Аудио деректер бейне деректер тәрізді үлкен өткізгіштік қабілеттілікті қажет етпейтіндігіне қарамастан, арнаның қажет өткізгіштік жолағын және тасымалдау уақытын қысқарту үшін аудио жиі тығыздатылады. Барлық тығыздау жүйелерінде екі алгоритм болуы керек: бірі деректерді орналасқан жерде тығыздау үшін және екіншісі оларды ашу үшін. Әдебиеттерде бұл алгоритмдер сәйкесінше кодтау (encoding) және қайта кодтау (decoding) алгоритмі деп аталады.
Тығыздау алгоритмдерінде белгілі бір дәрежедегі ассиметрия бар және ол жайлы білген дұрыс. Біз қазір аудионы қарастырып отырсақ та бұл аспект бейнеге де қатысты. Көптеген қосымшалар үшін мультимедиа-құжат бір рет тығыздалады (мультимедиа-серверде сақталғанда). Бұл ассиметриялық кодтау алгоритмінің баяу және қымбат құрылғыны қажет ететіндігін білдіреді, ал қайта кодтау алгоритмі жылдам және арзан құрылғыда жұмыс істеуі керек. Танымал аудио және бейне сервер операторы өзінің бүкіл кітапханасын тығыздау үшін бірнеше компьютерді сатып алуды ойлауы мүмкін және әуен тыңдау немесе фильм көру үшін сайтқа кірген тұтынушыларынан да соны талап етсе - бұл жақсы ой бола қоймас. Бүгінгі күнде қолданыстағы тығыздау жүйелері өте көлемді, бұның барлығы кодтау өте баяу және күрделі болса да, қайта кодтау жылдам және қарапайым болуы үшін жасалып отыр. Екінші жағынан Skype арқылы қоңыраулар тәрізді жанды бейне және аудио үшін баяу кодтау жарамсыз. Ол нақты уақыт режимінде жұмыс істеуі тиіс. Демек, нақты уақыт режиміндегі мультимедиа дискіге сақтаулы аудио және бейнеден ерекше алгоритмдер мен параметрлерді пайдаланады. Жиі аздап тығыздау қолданылады. Симметрияның екінші бұзылуы - кодтауқайта кодтау үдерісі қайтымды болуы міндетті емес. Яғни файлды тығыздап, тасымалдап және қайта қалпына келтірген кезде тұтынушы бүкіл ақпаратты соңғы битіне дейін алуы тиіс. Мультимедиаға қатысты бұл талап өзекті емес. Әдетте, кодтау және қайта кодтаудан кейін аудио және бейне сигнал дыбысы (немесе бейне көрінісі) дәл бастапқыдай болады деген шартпен түпнұсқадан өзгеше болуы мүмкін. Қайта кодталған файл, кодталған түпнұсқаға толық сәйкес келмесе ақпаратты тасымалдау шығынмен (lossy) жүргізіледі. Егер кіріс және шығыс файлдары сәйкес келсе, тасымалдау шығынсыз (lossless) жүреді. Шығынды жүйелер өте қажет, себебі ақпараттың біраз бөлігін жоғалтып біз жақсы тығыздауға ие боламыз [3, 361 б.].
Телефон сымдары арқылы халықаралық байланыс ертеден қымбат болатын, сондықтан адам дауысы тәрізді аудиодан тұратын дыбыстық кодерлермен (voice coders - vocoders) орындалатын жұмыстар өте көп. Дауыс 600-ден 6000 Гц диапазонды қамтиды және сөйлеушінің дауыстық аппараты тілі және жағының ерекшеліктеріне байланысты, механикалық үдеріс арқасында туындайды. Кейбір дауыстық кодерлар сөздерді кішігірім параметрлер жиынтығына (мысалы, резонаторлар көлемі және формасына) әкелу үшін дауыстық жүйе моделін және 2,4 Кбитс-қа тең деректер көлемін пайдаланады.
Біз әдеттегі CD-сапаға жақын аудионы Интернет арқылы тасымалдауға тоқталамыз. Мұндай аудионы тасымалдау кезінде де көлемді қысқарту жағымсыз. Тығыздалмаған, стерео сападағы аудионы тасымалдау үшін ені 1,411 Мбитс арна қажет болады, бұл бейне және басқа да веб-трафикке аз орын қалдырады, көптеген кеңжолақтық арналарды тежейді. Тығыздау арқасында деректерді тасымалдау жылдамдығын бір ретке төмендетуге болады және бұл жағдайда сапа елеусіз аз жоғалады немесе мүлде жоғалмайды.
Тығыздау және қайта қалыпқа келтіру сигналды өңдеуді талап етеді. Дыбыс және бейне роликтерді компьютерлер арнайы программалық жасақтама көмегімен жеңіл өңдей алады. Іс жүзінде тұтынушыға әртүрлі ақпарат көздерінен алынған медиа деректерді жазып, бейнелеп, түзетіп және сақтауға арналған көптеген программалар бар. Бұл көп сандағы музыка және фильмдердің интернет арқылы қолжетімді болуына әкелді - бірақ бұның бәрі заңсыз - нәтижесінде сотқа көптеген арыздар және құқық иелерінен шағым түсуде.
Аудио файлдарды тығыздау үшін көптеген алгоритмдер құрастырылған болатын. Ең танымал форматтар - МР3 (MPEG audio layer 3 - MPEG аудио 3 деңгей) және МР4 файлдарында пайдаланылатын АСС (Advanced Audio Coding - жақсартылған аудио кодтау). Шатаспас үшін MPEG аудио және бейненің тығыздалуын қамтамасыз ететінін есте сақтаңыздар. МР3 MPEG-1 стандартының 3-ші версиясына емес, аудионы тығыздау блогына жатады. Іс жүзінде MPEG-3 версиясы шыққан жоқ, тек MPEG-1, MPEG-2 және MPEG-4 шықты. АСС - МР3-тен кейін пайда болған формат. MPEG-4 аудионы кодтау үшін пайдаланылады. MPEG-2-де кодтаудың МР3 және АСС сияқты екі нұсқасын да пайдалануға болады. Стандарттардың ең жақсы жағы - бұл үнемі таңдау бар. Егер сізге бірі ұнамаса, басқасын таңдауға болады.
Дыбысты тығыздаудың екі тұжырымдамасы бар. Сигнал формасын кодтау (waveform coding) кезінде сигнал Фурье түрлендіруі бойынша компоненттерге ажыратылады. Әр компонент амплитудасы ең аз бұрмалаумен кодталады. Бұрынғы мәселе - сигнал формасын мүмкіндігінше ұқыпты және биттерді аз жұмсап тасымалдау.
Келесі концепция перцептивтік кодтау (perceptual coding) деп аталады. Ол адамның есту аппаратының кемшіліктеріне негізделген және тыңдаушы нақты сигнал мен кодталған сигнал арасындағы айырмашылықты сезбейтіндей етуге мүмкіндік береді. Бірақ осциллографта бұл айырмашылық көрінетін болады. Перцептивтік кодтау негізделген ғылым психоакустика (psychoacoustic) деп аталады. Ол адамның дыбысты қабылдауын зерттейді. МР3 және АСС форматтары да перцептивтік кодтауды пайдаланады.
Перцептивтік кодтаудың кілтті қасиеті - бір дыбыс келесі бір дыбысты маскілей алады. Өзіңізді жаздың жайма шуақ кешінде көгалда, флейта мен оркестрге арналған жанды концертті тыңдап, медитациялап отырмын деп елестетіп көріңіз. Кенеттен, кен балғасы бар бір топ жұмысшылар пайда болып, көрші көшедегі асфальтты аша бастады делік. Өкінішке орай, флейта дауысын енді ешкім естей алмайды. Флейтаның әзіз дауысын кен балғасының дауысы маскіледі. Егер осы жағдайды деректерді тасымалдау тұрғысынан қарастыратын болсақ, мұнда тек кен балғасы жұмыс істейтін жиілік диапазонын кодтау жеткілікті, себебі бұл шудан флейтаны есту мүмкін емес. Белгілі бір жиілік диапазонындағы қатты дауыстардың басқа диапазондағы баяу дауысты жасыру (қатты дауыс жоқ болса оны естуге болар еді) мүмкіндігі жиіліктік маскілеу (frequency masking) деп аталады. Тіпті, жұмысшылар кен балғасы жұмысын тоқтатқаннан кейін де біраз уақытқа дейін тыңдарман флейта дауысын ести алмайды. Бұл қатты дауыс пайда болған кезде адам құлағының дыбысты күшейту коэффициенті күрт төмендейді және кен балғасы жұмысын тоқтатқаннан кейін оның қалыпты жағдайға оралуына уақыт керек. Бұл әсер уақытша маскілеу (temporal masking) деп аталады.
Осы әсерлердің сапалық сипаттамасынан сандық сипаттамасына көшу үшін тәжірибе жүргізуді елестетейік. Тыныш бір аудиторияда отырған адам компьютердің дыбыстық картасымен байланысқан құлаққапты киді делік. Компьютер жиілігі 100 Гц, күші біртіндеп өсетін дыбысты генерациялайды (таза синусоидалық дыбыстық толқын). Тәжірибеге қатысушы адам дыбысты естісімен пернетақта батырмасын басуы керек. Компьютер батырма басылған сәттегі дыбыс күшін есте сақтайды. Тәжірибені осылайша 200 Гц, 300 Гц жиілікте және т.с.с есту жиілігінің жоғары шегіне жеткенше қайталайды. Тәжірибені бірнеше рет көптеген адамдармен қайталау керек. 1.2 а-суретінде орташаланған естілу шегінің дыбыс жиілігіне тәуелділігі екі осьте де логарифмдік масштабпен көрсетілген. Бұл қисыққа қарап келесідей тұжырымдама жасауға болады: амплитудасы есту шегінен төмен жатқан жиіліктерді еш уақытта кодтаудың қажеті жоқ. Мысалы, егер 100 Гц жиілікте дыбыс күші 20 дБ-ға тең болса, онда бұл дыбысты кодтаудың қажеті жоқ және дыбыстың естілу сапасы төмендемейді, себебі 100 Гц жиілікте 20 дБ есту шегінен төмен жатыр (1.2 а суретін қараңыз).
Енді 2-ші тәжірибені қарастырайық. Компьютер алғашқы тәжірибедегі әрекетті қайталасын, бірақ әр тестілік жиілік үстіне айталық 150 Гц жиіліктік тұрақты амплитудасы бар синусоидалық дыбыстық толқыны қосылып отырады. Біз 150 Гц-ке жақын орналасқан жиіліктер үшін есту шегінің күрт өсетінін байқаймыз. Бұл 1.2 ә суретіндегі графикте көрсетілген.
1.2 сурет. Есту шегі жиілік функциясы тәрізді (а); маскілеу әсері (ә)
Соңғы тәжірибеден келесідей тұжырымдама жасауға болады: қандай сигналдардың жақынарадағы қуатты сигналдармен маскіленетінін біле отырып, біз сәйкес сигналдарды есепке алмай, кодтамауымызға және осылайша биттерді үнемдеуімізге болады. 1.2 ә суретінен 125 Гц жиілікті сигналды толығымен есепке алмауға болатыны көрініп тұр және айырмашылықты ешкім байқамайды. Тіпті, кез келген диапазонда қатты сигнал тоқтағаннан кейін уақытша маскілеу қасиетін білетін жағдайда, біраз уақыт аралығында (құлақ қуаттылығы кіші дыбысқа бейімделгенше) осы жиілікті кодтамауға болады. МР3 және АСС алгоритмдерінің мақсаты - дыбыс күшін алу үшін сигналды Фурье тізбегіне таратып, сонан кейін мүмкіндігінше аз биттер санымен кодталатын тек маскіленбеген жиілікті тасымалдау.
Енді негізгі қағиданы білгеннен кейін кодтаудың қалай жүргізілетінін қарастырайық. Дыбысты тығыздау, АСС үшін 8-ден 96 кГц арасындағы сигнал амплитудасын өлшеу арқылы, ал кейде дыбыс CD сапасына жақын болу үшін 44,100 кГц жиілікпен орындалады. Өлшеуді бір (моно) немесе екі (стерео) арна арқылы жүргізуге болады. Сонан кейін қажет шығыс биттік жылдамдық таңдап алынады. МР3 алгоритмінің көмегімен компакт-дискке жазылған рокн-рол стереофондық жазбасын 96 Кбитс-қа дейін, тіпті, рок-н-рол фанаттары да сезбейтіндей сапа жоғалтумен тығыздауға болады. Егер біз МР3-ке фортепиано концертін жазғымыз келсе, онда бізге биттік жылдамдығы кем дегенде 128 Кбитс АСС форматы қажет. Айырмашылық рок-н-ролдағы сигналшу қатынасының фортепиано концертіне қарағанда әлдеқайда жоғары екендігінде (әрине, тек техникалық жағынан). Әрине, кіші биттік жылдамдықты таңдап, төмен сападағы туындыны алуға болады.
Бұдан кейін есептеулер кішігірім топтармен өңделеді. Әр топ алдын ала жиілік диапазонын ерекшелейтін сандық фильтрлер жиынтығы арқылы өтеді. Маскіленетін жиіліктерді анықтау үшін ақпарат психоакустикалық моделге енгізіледі. Келесі қадамда биттер қоры жиіліктер диапазоны арасында таратылады. Бұл жерде биттердің ең көп саны маскіленбеген спектрлік қуат диапазонына беріледі, ал кіші бөлігі - маскіленетін диапазонға. Соңында, биттік тізбектер, жиі кездесетін сандарға қысқа, ал сирек кездесетін сандарға ұзын код беретін Хаффман (Huffman) коды арқылы шифрланады. Егер сізді бұл тақырып қызықтырып, ол жайлы көбірек білгіңіз келсе Бранденбург (Brandenburg, 1999) кітабына жүгініңіз [5, 243 б.].
Ақпаратты тасымалдаудың сымдық ортасы. Желінің физикалық деңгейі бір машинадан екінші машинаға биттерді тасымалдауға арналған. Тасымалдау үшін, сигналдың таралу ортасы деп аталатын әр түрлі ақпарат тасығыштар қолданылады. Олардың әрқайсысы өзіне тән өткізу жолақтары жинағына, кешігулерге, бағаға, орнату мен қолданылудың қарапайымдылығына ие. Ақпаратты тасымалдау ортасын екі топқа бөлуге болады: мыс және оптоталшықты сымдар сияқты, сымды орталар және жер бетіндегі сымсыз және спутниктік байланыстарға, сондай-ақ кабельсіз лазер сәулесі бойынша тасымалдауға арналған сымсыз орталар [4, 206 б.].
Магнитті тасушылар. Деректерді бір компьютерден екіншісіне тасымалдаудың ең қарапайым түрі - оларды магнитті таспаға немесе басқа алып-салмалы тасушыға (мысалы, қайта жазғыш DVD) жазу, бұл таспалар мен дискілерді керекті жерге физикалық тасымалдап, оларды сол жерде оқу. Бұл тәсіл геостационарлық спутниктік байланысты пайдаланғаннан гөрі, әсіресе өткізу мүмкіншілігінің жоғары немесе бит бағасы негізгі фактор болатын кейбір қосымшаларда, экономикалық тұрғыдан алғанда, анағұрлым тиімді.
Келтірілген мәселені талдауға бізге қарапайым есептеулер көмектесетін болады. Ultrium таспалы стандартты кассетаға 800 Гигабайт ақпарат сияды. 60x60x60 өлшемді қорапқа мұндай кассетаның 1000 данасы сияды, ал бұл 800 терабайт немесе 6400 терабит (6.4 петабит) жалпы сыйымдылықты береді. Ішінде кассеталары бар қорапты АҚШ көлемінде Federal Express қызметі немесе басқа компаниялар 24 сағаттың айналасында жеткізетін еді. Мұндай тасымалдау кезінде тиімді өткізу жолағы 6400 терабит86 400с немесе 70 Гбитс шамасынан аз ғана үлкен болады. Егер жеткізу бекетіне бар болғаны бір сағат жол жүру керек боласа, онда өткізу мүмкіндігі 1700 Гбитс жоғарыны құрайды. Бір де бір компьютерлік желі әзірше мұндай көрсеткішке жетуге дайын емес.
Егер біз бұл мәселеге экономикалық тұрғыдан қарайтын болсақа, онда осыған ұқсас көріністі аламыз. Кассетаның көтерме бағасы шамамен 40 $ құрайды. Таспалы қорап 4000 $ шығады, сонымен бірге бір таспаны ондаған рет пайдалануға болады. 1000 $ тасымалдауға қоссақ (шындығында, одан анағұрлым аз), нәтижесінде біз 800 тбайтс ақпаратты тасымалдау үшін 5000 маңайында немесе бір гигабайт үшін центтің жартысынан сәл көптеу жұмсаймыз. Әлемдегі бір де бір желі мұндай жағдаймен бәсекелесе алмайды. Бұл әңгіменің ғибраты осындай [7, 106 б.].
1.2 Есілген жұп және коаксиалды кабель. Электрқоректену сымдары
Деректерді тасымалдау жылдамдығы оларды таспа арқылы бергенде өте жақсы болғанымен, кешігу шамасы бұл жағдайда өте үлкен болады. Тасымалдау уақыты миллисекундпен емес, минут немесе сағатпен өлшенеді. Көптеген қосымшалар үшін қашықтағы жүйенің лезде әрекет етуі қажет (қосылған режимде). Алғашқылардың бірі және осы уақытқа дейін жиі қолданылатын тасымалдаудың құралы есілген жұп болып табылады. Бұл тасушы әдетте, диаметрі 1 мм болатын, екі оңашаланған мыс сымнан тұрады. Сымдар, бірі екіншісін спираль тәрізді орап ДНК молекуласына ұқсас болып кетеді. Бұл қатар орналасқан бірнеше есілген жұптың электромагниттік әсерлесуін азайтуға мүмкіндік береді. (Екі параллель сым қарапайым антеннаны құрайды, ал есілген жұпта бұлай емес). Сигнал әдетте, жұп құрайтын, екі сымдағы потенциалдардың айырымы ретінде беріледі. Бұл сыртқа шығуға жақсы орнықтылықты қамтамасыз етеді, себебі шу екі сымға бірдей әсер етеді, осылайша потенциалдар арасындағы айырмашылық өзгермей қалады. Есілген жұптың кең тараған қолданысы телефон желісі болып табылады. Барлық телефондар телефон компанияларымен аталған тасушының көмегі арқылы жалғасады. Есілген жұп арқылы тек телефон қоңыраулары ғана беріліп қоймайды. ADSL технологиясы бойынша интернетке қол жеткізу де есілген жұп арқылы жүзеге асырылады. Есілген жұп сигналды бірнеше километрді құрайтын арақашықтыққа әлсіретпей тасымалдай алады. Анағұрлым алыстағы қашықтықтарда сигналдың әлсіреп кетуіне байланысты қайталауыштар қажет болады. Үлкен арақашықтыққа бір бағытта тартылған есілген жұптардың үлкен саны, қорғаныс жабуы кигізілген кабельге бірігеді. Егер осындай кабельдердің ішінде орналасқан сымдар жұбы есілмеген болса, онда олар арқылы өтетін сигналдар бірінің үстіне бірі жапсырылатын еді. Диаметрі бірнеше сантиметр болатын телефон кабельдерін діңгектерде созылған күйде көруге болады [8, 128 б.].
Есілген жұптар аналогтық та, сандық та деректерді тасымалдау үшін қолданылады. Өткізгіш жолағы сымның диаметрі мен ұзындығынан тәуелді, бірақ көбінесе бірнеше километр болатын арақашықтықта секундына бірнеше мегабит жылдамдыққа қол жеткізуге болады. Өткізгіш қабілетінің жоғарылығына және көп емес бағасына байланысты есілген жұптар кеңінен таралған және келешекте де өзінің құнын жоя қоймас.
Есілген жұптар бірнеше түрде пайдаланылады. Офистік ғимараттарда 5 немесе Cat 5 категориялары анағұрлым кеңінен таралған. 5 категориялы есілген жұп бір-біріне есілген екі оқшауланған сымнан тұрады. Төрт осындай жұп әдетте бірге пластикалық қабыққа салынады. Ұқсас схема 1.3-суретте көрсетілген.
Әр түрлі стандартты желілерде есілген жұп әрқалай қолданылады. Мысалы, 100-мегабайттық Ethernet желісінде деректер екі жұп (төрттен) бойынша тасымалданады, әр бағытта бір жұптан.
Анағұрлым жоғары жылдамдыққа қол жеткізу үшін 1 гигабайттық Ethernet желілерінде деректер барлық төрт жұп бойынша бір уақытта екі бағытта да тасымалданады. Қателерді болдырмас үшін қабылдаушы құрылғы локальді тасымалданған сигналды бөліп ала білуі керек.
1.3 сурет. Төрт есілген жұбы бар бесінші категориялы UTP кабелі
Деректерді екі жаққа да бір уақытта тасымалдай алатын сымдар, көшедегі екі жақты қозғалыс сияқты, дуплексті деп аталады. Ал деректер бойымен уақыттың әрбір сәтінде тек бір бағытта ғана, көшедегі реверсті қозғалыс сияқты тасымалдана алатын сымдар жартылай дуплексті деп аталады. Үшінші категория - бұл бір бағыттағы қозғалысы бар жолдар сияқты, сигналдарды тек бір бағытта ғана тасымалдай алатын сымдар. Олар симплексті деп аталады.
Есілген жіпке қайта оралайық, үшінші категориялы есілген жұптың орнына бесінші категориялы есілген жұп келді. Бұл жұптың ажыратқыштары бұрынғыдай, бірақ сымның бір метр ұзындықтағы орамдарының саны үшінші категориялы кабельден көп. Орамдардың көптігі сигналды үлкен арақышықтыққа тасымалдаудың жақсы сапасын қамтамасыз етеді және нысанаға алуды азайтады. Сонымен, 5-ші категориялы есліген жұп жоғары сапалы компьютерлік байланысқа жақсы үйлеседі, әсіресе 100-мегабиттік және 1-гигабиттік Ethernet желілері үшін.
Жаңа стандарт, бәлкім, 6 немесе тіпті 7 категориялы кабельдер болады. Бұл категориялардың қатаң ерекшелігі өткізгіш жолағы үлкен сигналдарды өңдеуге мүмкіндік береді. Кейбір 6 және одан да жоғары категориялы кабельдер жиілігі 500 МГц сигналдарға арналған, оларды, күшейтуі жақын арада жоспарланған, 10-гигабиттік желілерде пайдалануға болады.
6-шы категорияға дейін, бұл жалғанулардың барлық типін көбінесе UTP (Unshielded Twisted Pair - экрандалмаған есілген жұп) деп атайды, себебі олар тек сымдар мен бөлектеулерден ғана тұрады. Оларға қарама-қарсы, 7-ші категориялы кабельдерде тек есілген жұптары ғана емес, бүкіл кабельдері қалқалаушыға (қорғаныш пластикалық қабықшаға) салынған. Экрандау сыртқы шуға сезімталдықты және көршілес кабельдер арасындағы нысанаға алуды азайтады. Осыған орай, 7 категориялы есілген жұп өнімділікке қойылған жоғары талаптарға жауап береді. 7 категориялы кабель ІВМ компаниясының нарыққа 1980 жылы ұсынған жоғары сапалы, бірақ қолайсыз қалқалаушы есілген жұптан тұратын кабельдерін еске түсіреді. Олар ІВМ фирмасынан тысқары жерде танымал бола алмады [9, 206 б.].
Коаксиалды кабель. Деректерді тасымалдаудың тағы бір тәсілі коаксиалды кабель болып саналады. Ол есілген жұптан гөрі жақсы қалқалаушы, сондықтан деректерді жоғары сапамен анағұрлым алыс қашықтыққа тасымалдай алады (1.4 сурет). Кабельдердің екі түрі кеңінен тараған. Олардың бірі 50-Омдық, әдетте олар тек сандық деректерді тасымалдау үшін қолданылады. Кабельдің екінші бір түрі 75-Омдық, аналогты деректерді тасымалдау үшін және кабельді теледидарда жиі қолданылады. Мұндай бөлінудің негізінде, ең дұрысы техникалық факторлар емес, тарихи факторлар жатады (мысалы, алғашқы дипольдық антенналардың импедансы 300 Ом болды және ең ыңғайлысының импедансы 4:1 қатынаста болатын қолданыста бар түрлендіргіштерді қолдану). 1990 жылдардан бастап кабельді теледидар операторлары Интернетке қол жеткізу қызметін көрсете бастады, ол ақпаратты тасымалдау ортасында 75-Омды кабельді анағұрлым маңызды етті.
Коаксиалды кабель, оның ортасында орналасқан, айырулармен қапталған, қатты мыс сымнан тұрады. Айырудың үстінен, әдетте ұсақ мыс түрінде орындалған, цилиндрлік өткізгіш тартылған. Ол айырудың қорғаныс қабатымен қапталған (пластикалық қабықша).
Коаксиалды кабельді экрандаудың конструкциясы мен арнайы түрі жоғары өткізгіштік қасиет пен кедергіден қорғанысты қамтамасыз етеді. Максималды өткізгіштік мүмкіншілігі сапа мен ұзындықтан тәуелді. Заманауи кабельдердің өткізгіш жолағы бірнеше гигагерцке дейін жетеді. Коаксиалды кабельдер телефон жүйелерінде кеңінен қолданылды, бірақ үлкен ұзындықты сымдарда олар оптоталшықты кабельдермен алмастырылуда. Бірақ коаксиалды кабельдер көп жағдайларда кабельді теледидар үшін және кейбір жергілікті желілерде қолданылады [6, 249 б.].
1.4 сурет. Коаксиалды кабель
Электроқоректену сымдары. Телефон желілері мен кабельді теледидар ақпаратты қайта тасымалдау үшін бейімдеуге болатын, деректерді тасымалдау сымдарының жалғызы емес. Тағы бір кең тараған сымды желі - электрлік. Электр қоректену сымдары бойынша электр энергиясы үйлерге жеткізіледі. Үйлердің ішінде ол сымдар арқылы розеткаларға жалғанады.
Деректерді тасымалдау үшін электр қоректену сымдарын қолдану идеясы ертеректе туындады. Электр компаниялары осындай тәсілмен көптеген жылдар бойы көрсеткіштерді алыстан алуда. Сонымен қатар, осындай деректерді төмен жылдамдықпен тасымалдау әр түрлі үй құрылғыларын басқаруға мүмкіндік береді (мысалы, Х10 стандарты бойынша). Соңғы жылдар электр қоректену сымдары бойынша деректерді жоғары жылдамдықпен тасымалдауға деген қызығушылық, үйдің ішінде де, одан тысқары жерде де, Интернетке қосылу үшін, қайтадан жаңғырды. Біз анағұрлым кең тараған нұсқа электр сымдарын үйде пайдалануды қарастыратын боламыз.
Мұндай нұсқаның қолайлылығы айдан анық. Жай ғана теледидарды және қабырғадағы ресиверді іске қосыңыз (мұны кез келген жағдайда орындау керек, себебі құрылғыларға электр қоректену қажет), олар электр сымдары бойынша фильмдерді жібере және ала алатын болады. Осындай конфигурация 1.5 суретте көрсетілген. Ешқандай басқа ажыратқыш немесе радиосигналдарды беретін нүктелер жоқ. Деректер сигналы электр қоректенудің төмен жиілікті сигналына қойылады (активті сымда - кернеуден төмен тұрғанына) және екі сигнал да сым бойынша бір уақытта тасымалданады.
1.5 сурет. Үй электроөткізгіштеріне негізделген желі
Үй электр сымдарын деректерді тасымалдау желілерін құру үшін пайдаланудың қиыншылығы - оның негізгі тағайындалуы - бұл электр энергиясын тарату екендігінде. Әрине, бұл екі есептің бір-бірінен түбегейлі айырмашылығы бар. Электр сигналдары 50-60 Гц жиілікпен тасымалданады, ал анағұрлым жоғары жиілікті сигналдар (олардың жиілігі мегагерц бірлігімен өлшенеді) басылады. Әр түрлі үйлерде сымдардың қасиеттерінің бір-бірінен қатаң айырмашылығы болуы мүмкін, сонымен бірге олар тұрмыс құралдарын қосып және өшіргенде өзгеруі мүмкін, бұл деректер сигналының тұрақсыздығына алып келеді. Құрылғыны қосып сөндіргенде орнатылмаған тоқ жиіліктің үлкен ауқымында электр шуын тудырады. Ал мұқият бұралмаса (есілген жұптағы сияқты), электр сымы сыртқы сигналдарды жинап, өзінікін шағылыстыра, жұқа антенна сияқты жұмыс істейді. Мұндай мінез-құлық стандарттар нормасына жауап беру үшін деректер сигналдарына әуесқой радиостанцияларға бөлінген лицензияланған жиіліктерді алып тастау керек дегенді білдіреді.
Келтірілген қиыншылықтарға қарамастан, сигналдың бәсеңсуін болдырмау схемасын пайдаланып және қателерді баса отырып, кәдімгі үй электр желісінен деректерді кемінде 100 Мбитс жылдамдықпен жіберуге болады. Көптеген өнімдер үшін деректерді электр қоректену сымдары арқылы тасымалдаудың патенттелген стандарттары қолданылады, бірақ халықаралық стандарттар әзірше белсенді түрде өңделу үстінде [10, 195 б.].
1.3 Талшықты оптикалық кабельдер және олардың қолданылуы. Жарықтың талшық бойымен өтуі
Компьютерлік технологияның Мур (ол кристалдағы транзисторлардың саны әрбір екі жыл сайын шамамен) заңына сәйкес жылдам дамуы аталған индустрияның көптеген өкілдерінің мақтанышын туғызады. ІВМ фирмасының 1981 жылы пайда болған дербес компьютері 4,77 МГц тактілік жиілікпен жұмыс істеді. 28-жылдан соң бұл көрсеткіш төрт ядролы процессорларда 3 ГГц жиілікке дейін өсті. Көбейткіштің артуы 2500 немесе декадасына 16-ға дейін жетті. Ондай жаман емес.
Осы уақыт аралығында деректерді тасымалдаудың жылдамдығы 45 Мбитсекундтан (телефон сымдары бойынша Т3 сызығы) 100-ге дейін (заманауи ұзын сым), әсерлігі кем емес 2000 рет немесе декадасына 16 рет өсуді білдіреді. Сонымен қатар, қатенің ықтималдылығы тасымалдау кезінде битке 105-тен нөлге дейін кеміді. Сонымен қатар, процессорлар өзінің физикалық шегіне дейін өзінің жетуге жақындайды, сондықтан қазір бір кристалда олардың бірнешеуі қолданылады. Қазіргі таңдағы оптоталшықты технология, керісінше деректерді тасымалдаудың жыдамдығын 50 000 Гбитс (50 Тбитс) шамасына дейін өсіре алады және оның физикалық шегіне дейін бізге әлі алыс. Қазіргі таңдағы іс жүзіндегі 100 Гбитс шек біздің электр сигналдарын оптикалыққа және керісінше түрлендірулерді жылдам жасайтын қабілетіміздің жоқтығына байланысты. Анағұрлым жоғары жылдамдыққа қол жеткізу үшін, бір талшықтан бір уақытта деректер бірнеше арналарға тасымалданып отырады.
Бұл тарауда біз оптикалық талшықпен танысамыз және деректер оптоталшық бойымен қалай тасымалданатынын білеміз. Компьютерлер мен байланыс арналарының бәсекелесінде соңғысының, талшықтық оптиканың арқасында, жеңіске мүмкіншілігі бар. Егер осы жүзеге асатын болса, онда әлемде дерлік шексіз өткізу жолағы деген мүлдем жаңа ұғым пайда болып қоймай, барлық компьютерлер үмітсіз баяу және желілер, өткізу жолағының қай бөлігінің жоғалып кететініне қарамастан, қалай да болса есептеулерден аулақ болулары керек деген ой қалыптасады. Шеннон қалыптастырған төмен жылдамдықты мыс сымдар мен шектеулер терминдері туралы ойлауға үйренген компьютерші-ғалымдар мен инженерлердің сана сезіміне жаңалық сіңуі үшін уақыт керек.
Әрине, бұл көріністе маңызы аз емес бір тетік жетіспей тұр: ол бағалар. Әрбір тұтынушының компьютеріне дейін, сымдарға тән шектеу - төмен өткізгіш жолағы мен көп емес жиілік ауқымын айналып өтіп, оптоталшықты жеткізуге кеткен шығын, жай ғана зор. Одан бөтен, тек қана биттерді орын ауыстыруға, есептеулерге қарағанда, көп энергия жұмсалады. Не есептеулер бағасы, не орын ауыстырулар бағасы нөлге жақындайтын теңсіздік аралдары барлық уақытта табылатын болады. Мысалы, Интернетке шыққанда, Ғаламдық желіге қол жеткізуді тиімді ету мақсатында, дискінің ішіндегіні қысып, кэштеу үшін, біз барлық есептегіш мүмкіндіктерді пайдаланамыз және дисктегі орынды жұмасймыз. Интернетте керісінше, процесстің болуы мүмкін емес. Google сияқты компаниялар желі бойында деректердің орасан зор көлемін жібереді де, олардың сақталуы мен өңделуі арзан болатын жерде орналастырып қояды.
Оптоталшық ақпаратты өте үлкен арақашықтықта, жоғары жылдамдықты желілердің ішінде (ол мыс сымдардан керегінше алысқа кете алмаса да), желілік магистральді байланыстар бойынша тасымалдау үшін және Интернетке тиімді ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
АТС-Автоматты телефон станциясы
- АТС
- АТС
Мазмұны
Кіріспе 9
1 Сандық дыбыс 12
1.1 Дыбысты тығыздау. Ақпаратты тасымалдаудың сымдық ортасы және магнитті тасушылар 14
1.2 Есілген жұп және коаксиалды кабель. Электрқоректену сымдары 18
1.3 Талшықты оптикалық кабельдер және олардың қолданылуы. Жарықтың талшық бойымен өтуі 23
1.4 Тасымалдау желісін жетілдіру әдістеріне сараптама жасау.Байланыс жолдары. Жалпы қолданыстағы коммутациялаушы желі. 35
1.5 Дербес спутниктік байланыс жүйесі 40
2 Спектрді кеңейту әдісі 43
2.1 Аналогтық телефон желілері 47
2.2 АТС координатты типті коммутациялық құралдардың жұмыс істеу принципін және конструкциясын зерттеу. ADSL мен кабельдің айырмашылықтары 52
3 АТС квазиэлектронды коммутациялық құралдардың жұмыс істеу принципін және конструкциясын зерттеу. 56
3.1 Матрицалық электронды қосқыштардың жұмыс істеу принципін зерттеу. 58
3.2 УАҚ-ты құру(Уақытты ауыстырып қосқыш) 59
3.3 Электронды АТС беру трактісі 62
3.4 ҚТС желілерін құру. СТС желілерін құру 65
3.5 АТСК 1002000-дағы шақыру қызметінің процесін және құрамын зерттеу. 69
Қорытынды 75
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі 78
Қосымша 1 80
Қосымша 2 81
Кіріспе
Қазақстанның магистральды бірінші байланыс желілерінің қазіргі уақыттағы дамысы кабельді, радиорелелік және ғарыштық байланыс жүйелерін қолдануға негізделіп отыр. Атмосфералық әсерлерден және әртүрлі кедергілерден жоғары қорғалған байланыс каналды кабельді байланыс желілері, республиканың ең негізгі байланыс желілері болып саналады. Кабельді желімен барлық ақпараттың 75% таратылады.
Қазіргі уақытта әртүрлі белгіленген орындарға жеткілікті мықты байланыс түйіндерін жеткізуге мүмкіндік беретін ең көп тараған байланыс құралы коаксиалды кабельдер болып табылады.
Коаксиалды кабельдерде аналогтық сияқты цифрлық жеткізу жүйелері де жұмыс істейді. Дегенмен, металлды кабельдерде елеулі кемшіліктері бар: жиілікті өткізуде шектелген жолақ; найзағайдан зақымдалудан жоғары ықтималдық; құралдың антитоттануының жоғарғы мәні; өңді металлдарды көп пайдалануда (кабельді өндірушілік 50%-ке дейін мысты пайдаланады және жалпы ресурстың 25%-ке дейін қорғасынын қолданады); екі ортадағы күшейту пунктерінің сандарының өте көп болуы - бұл жүйенің сенімділігін төмендетуге және оның бағасының көтерілуіне алып келеді.
Жіберілетін ақпараттың көлемі кенет көтерілген жағдайда ғарыштық байланыс және радиорелелік байланыстары сияқты кең таралған байланыс жолдарымен салыстырғанда талшықты-оптикалық кабельді байланысты қолдану нәтижесінде, өткізудегі кең жолақтылығы едәуір жоғары болып, толық қол жетімділікке мүмкіндік береді. Оптикалық кабельді қолдану өзара байланған байланыс желісінің барлық аудандарында экономикалық эффективті және мақсатқа сай болады. Бұл тек жіберу жүйесінде техникалық-экономикалық көрсеткішті едәуір жоғарылатып қана қоймай, сонымен қатар цифрлық желіге кезең-кезеңімен өткізуге мүмкіндік беріп интегралды қызмет көрсетуді (ISDN желісі) қамтамасыз етеді. Әсіресе қазіргі кездегі бүкіл әлемде өңді металдың тапшылығы кезінде, әсіресе мыстың, ТОБЖ-н дәл қазір енгізу өте көкейкесті мәселеге айналып отыр.
80-жылдардың басында нақты шартты жағдайда талшықты-оптикалық байланыс жүйесі жетілдіріле түсті және сыналынды. Бұндай жүйені қолданудағы басты негізгі сфера - телефонды желі, кабельді телевидение, ішкі объективті байланыс, есептеу техникасы, технологиялық процесстерді басқару мен контроль системасы және т.б.
Қалалық байланыс желілерінде оптикалық кабель көп қолдануда. Себебі оптикалы-талшықты кабель арқылы байланыс ғылыми-техникалық прогресстің негізгі бағытының бірі болып табылады. Оптикалық кабельдер мен жүйелер тек қалалық және қалааралық байланысты ұйымдастырып қана қоймай, сонымен қатар кабельді телевидения, видеотелефония, радиотарату, есептеуіш техникада, корпоративті желілердің технологиялық байланысында қолданылады.
Оптикалық-талшықты байланысты қолдану арқылы ақпараттарды тарату көлемі, кең таралған спутникті байланыс, радиорелелі байланыспен салыстырғанда тез өсті, яғни оптикалық-талшықты тарату жүйесі жіберу жолағы кең болады.
Байланыстың оптикалық кабельмен жүйесін дамытудың негізгі факторы болып оптикалы квантты генератордың лазердің пайда болуы себепші болды. Лазер сөзі Light Amрlification by Emission of Radiation сөзінің бастапқы әріптерінен құралып, индуцирленген сәуле көмегімен сәулені күшейту деген мағынаны білдіреді. Лазерлі жүйелер толқынның оптикалы диапазонында жұмыс істейді. Егер мәліметтерді тарату кабельмен жүргізілсе - мегагерц жиілік, ал толқын тасығышта - гигагерц, онда лазерлік жүйелер үшін көрінетін және инфрақызыл жолақты оптикалық толқын диапазоны (жүздеген терагерц) қолданылады.
Байланыстың оптикалы-талшықты жүйесінің бағыттауыш жүйелерін өткізу көлемі мен қабылдау әдісіне байланысты диэлектрлі толқын тасығыш немесе талшық деп аталады.
Тарихына үңілсек бірінші әртүрлі қоспалы жарықтасығыш пайда болып, оның өшуі 1000дбкм құрады, сосын 20дбкм өшуі бар талшықты жарықтасығыштар пайда болды (1970 ж). Бұл жарықтасығыштың жүрекшесі сыну коэффициентін жоғарылату үшін титан қосылған кварцты қолданды, ал сыртқы таза кварцпен қапталған. Келесі ұрпақ жарықтасығыштардың өшуі 4 дбкм дейін төмендеді (1974 ж), ал 1979 жылдары сипаттамасы жақсарған, толқын ұзындығы 1,55 мкм тең жарықтасығыштар (өшуі 0,2 дбкм тең) пайда болды.
Қазіргі уақытта оптикалық-талшықты кабельдер көптеген елдерде өндірілуде және қолданыста.
Сандық тарату жүйелерін PDH негізінде енгізу ХХ-ғасырдың 70-ші жылдары басталды. Бағыттаушы орта негізінде метал өткізгішті кабельдер қолданды. Сандық тарату жүйелерін SDH негізінде енгізу ғасырдың 90-шы жылдарында сигналдардың оптикалық тарату техникасы мен технологиясы дамыған кезде пайда болды.
PDH жүйелерінде төмен сатылы иерархияға тікелей қолжетімділік жоқ, тек жоғары сатылы циклдер қосылған. Мұндай қолжетімділік қажеттілігінде (мысалы, арналарды бөлу пункттерінде) қалыптастыруды және сызықты сигналдарды қайта жинауды қажет етеді.
SDH жүйелерінде бұл мәселе құрамында әртүрлі деңгейдегі VC-n виртуалды контейнері бар STM-N транспорттық модулін ұйымдастыру жолы арқылы шешіледі. Бұл деңгей жүктемені әртүрлі PDH сигнал деңгейлері АТМ ұяшығы немесе басқа да сигналдарды транспортировка жасауға жасалады. Виртуалды контейнерлер транспортты модульдерге толқын фазасын компенсациялайтын және тактілік жиілікті өшіріп олардың циклінің басталуын көрсетеді. Көрсеткіш позициясы STM-N фиксирленген. Сондықтан әрқашан жүктеме циклінің басталуы белгілі болады. Бұл дегеніміз сызықтық трактте сигналдарды тікелей мультиплекстеу деп аталады.
PDH жүйелерінде желілік синхронизация бірінші сатыда орындалады (2048 кбитс), жоғары сатының сандық ағыны синхрондалмаған. Бұл уақытта SDH желілік түйіндері синхронды режимде жұмыс істейді. Аумақтың барлық түйіндері (мысалы, ұлттық желі) МСЭ G.811 Ұсынысымен анықталған бір жоғары деңгейлі қорек көзінен синхрондалады.
Синхрондалған ақпараттардың тасығышы ретінде STM-N сызықты сигналдар қызмет етеді. Синхронды аумақтардың өзара әрекеті синхронды режимде іске асырылады. Плезихронды режимді де авариялық негізінде қолдануға болады. PDH және SDH жүйелерінің қолдану ортасын келесі әдіспен анықтауға болады. SDH жүйелерінде көп магистральді желіні, зоналық желі аумақтарын экономикасы дамыған аумақтарды магистральді желіге сонымен қатар қалалық желілерді дөңгелек құрылымды ұйымдастыруы қарапайым болуында. Осы уақытта PDH жүйелерін SDH желілеріне қолжетім кезінде және магистральді желілерге, SDH желілерінің жіберу мүмкіншілігі аз болғанда қолданылады.
Деректер тасымалдау ортасы сымды және сымсыз болуы мүмкін. Негізгі сымды тасымалдау ортасы есілген жұп, коаксиалды кабель және оптоталшықты кабель болып саналады. Сымсыз ортада радио, микротолқын, ауа арқылы таралатын инфрақызыл және лазерлі сәулелерді, сонымен бірге спутниктік байланысты айтуға болады.
Барлық ауқымды желілердің негізгі элементі - телефон жүйесі. Оның негізгі компоненті - жергілікті тораптар, магистральдар және коммутаторлар. ADSL жергілікті торапты параллель жұмыс істейтін көптеген виртуалды арналарға бөлу арқылы 40 Мбитс жылдамдықпен жұмыс істейді. Бұл телефон модемдерінің жылдамдығынан бірнеше есе жоғары. Пассивті оптоталшық желілері ADSL - ді қолжеткізу жылдамдығынан да жоғары жылдамдыққа жету үшін талшықты үйге дейін әкеледі.
Магистральдар сандық деректерді тасымалдайы. Оларда әр түрлі тығыздау әдістері қолданылады. Спекторлық тығыздау (WDM) жеке талшықта сыйымдылығы үлкен бірнеше каналды қамтамасыз етеді. Уақытша (TDM) тығыздау әр жоғары жылдамдықты байланысты тұтынушылар арасында бөледі. Каналды коммутациялау және дестелерді коммутациялау технологиялары өте маңызды.
Кабельдік теледидар балама желілік жүйе болып саналады. Ол коаксиалды кабельден аралас оптокоаксиалды желіге, теледидардан теледидар және Интернетке дейін өзгерді. Бұл жүйенің өткізгіштік қабілеттілігі жоғары, бірақ нақты қызмет көрсету сапасы активті тұтынушылар саны мен қызметіне тәуелді.
1 Сандық дыбыс
Дыбыстық толқын бірөлшемді акустикалық толқын (қысым толқыны) болып келеді. Осындай толқын құлаққа жеткен кезде, дабыл жарғағы тербеліп, ішкі құлақтың жіңішке сүйектерін тербелте бастайды, нәтижесінде нерв жүйесі бойынша бастағы миға пульсациялық сигнал жөнелтіледі. Бұл пульсацияны тыңдаушы дыбыс ретінде қабылдайды. Дәл осылайша, акустикалық толқын микрофонға әсер еткенде, ол дыбыс амплитудасын уақыт функциясы ретінде қабылдайтын электр сигналын құрастырады.
Адам құлағының 20-дан 20 000 Гц жиілік диапазонындағы сигналды есту қабілеті бар, ал жануарлар мысалы, иттер оданда жоғары жиілікті ести алады. Құлақтың қабылдайтын дыбыс қаттылығы, амплитудаға қатысты логарифмдік түрде өзгереді, сондықтан амплитудалары А және В екі дыбыстың күші әдетте, 10 log10log10(АВ) ретінде дицибелмен (дБ) өлшенеді. Егер естудің төменгі шегін (2x105 Па шамадағы қысым) жиілігі 1 кГц синусоидалық толқынды 0 дБ ретінде алсақ, онда әдеттегі сөйлесу қаттылығы сәйкесінше 50 дБ болады, ал 120 дБ дыбыста ауру сезгіштік шегі орын алады, бұл 1 млн. амплитудаға сәйкес келеді.
Адам құлағы бірнеше секунд жалғасатын дыбыс өзгерісіне өте сезімтал. Көз керісінше мұндай қысқа уақытты өзгерістерді байқай алмайды. Сонымен, мультимедианы тасымалдау кезіндегі бірнеше миллисекундтық флуктуация (джиттер) сурет сапасына қарағанда дыбыс сапасына көбірек әсер етеді.
Сандық аудио - аудиотолқынды қайта қалыпқа келтіру үшін қолданылатын сандық ұсыну. Дыбыстық толқындарды аналогтық-сандық түрлендіруші (АСТ) көмегімен сандық формаға түрлендіруге болады. АСТ-ға кірісіне электр кернеуі беріледі, ал шығысында екілік сан құрастырылады. 1.1 а суретінде синусоидалық толқын мысалы келтірілген. Осы сигналды сандық түрде ұсыну үшін біз сигнал мәнін 1.1 ә суретінде көрсетілгендей ΔТ тең уақыт кезеңінде өлшей аламыз. Егер дыбыстық толқын таза синусоидалық емес, бірнеше синусоидалық толқын қосындысын құрайтын болса және оның құрама бөліктерінің ең жоғарғы жиілігі f-ке тең болса, онда Найквист теоремасына сәйкес сигналды әрі қарай қалпына келтіру үшін дискреттеу жиілігі 2f сигнал мәнін өлшеу жеткілікті. Жиілігі үлкен сигналды өлшеудің қажеті жоқ, себебі жоғары жиіліктер сигналға кірмейді.
Кері үдерісте сандық мәндер аналогтық электр кернеуіне түрлендіріледі. Бұл сандық аналогтық түрлендіруші (САТ) көмегімен жүзеге асырылады. Сонан кейін дыбысты күшейткіш аналогтық кернеуді акустикалық толқынға айналдырады да адамдар дыбысты ести алады. Мысалы, 1.1 б суретінде санаулар тек -1,00-ден +1,00-ге дейін 0,25 қадаммен, 9 мәнді қабылдай алады. Сегіз биттік кванттауда әр санау 256 әртүрлі мәннің бірін қабылдай алады. 16-биттік кванттауда сигналды бұданда жоғары дәлдікпен кодтауға болады, себебі әр сигнал мәніне 65 536 түрлі мәндердің бірін сәйкестендіре алады. Шекті сан мәнін қабылдай алатын квантталған сигналдың дұрыс сәйкес келмеуі салдарынан болған қателік кванттау шуы (quantization noise) деп аталады.
1.1 сурет. Толқын: а - синусоидалық; ә - дискреттеу; б - санауды 4 битпен кванттау
Сигналдың әр санауы ұсынылатын биттер саны жеткіліксіз болған кезде бұл шудың қаттылығы соншалық, бастапқы сигналдың өзгергенін де, шуды да ажыратуға болады.
Сандық дыбысты пайдаланудың екі жақсы мысалы телефон (егер жаңа сандық АТС қолданылса) және аудио-компакт-диск бола алады. Телефон жүйесінде қолданылатын импульсті-кодтық модуляциялауда, секундына 8000 рет өлшенетін сегіз биттік санау пайдаланылады. Қабылданатын бұрмалануды азайту үшін шкала сызықтық емес болып келеді және секундына 8000 өлшеу жүргізген кезде 4кГц-тен жоғары жиілік жоғалады. Солтүстік Америка және Жапонияда кодтау кезінде μ-заңдылығы (μ-law) қолданылады. Еуропада және әлемнің көптеген басқа елдерінде кодтау кезінде А-заңдылығы (А-law) қолданылады. Әр кодтау 64 000 битс деректер ағынын қамтамасыз етеді [1, 538 б.].
Аудио-компакт-дискке дискреттеу жиілігі 44 100 Гц санға айналдырылған дыбыстық сигнал жазылады, нәтижесінде жиілігі 22 кГц дыбысты сақтау алынады, бұл адамдар қабылдай алатын сапалы дыбыс, бірақ жақсы әуенді бағалай алатын иттер арасында өте төмен сапа болып саналады. Әр санауға 16 бит бөлінеді, оның мәні сигнал амплитудасына пропорционал. Өлшеулердің адам құлағы динамикалық диапазоны бір миллионнан аса мәнді қабылдай алатындығын көрсетсе де, 16-биттік санаудың тек 65 536 әртүрлі мәнді қабылдай алатынына назар аударыңыз. Сөйтіп, CD-сападағы аудио телефон арқылы берілетін аудиодан әлдеқайда жақсы болса да, 16 биттік санауды пайдалану кванттау шуын береді (динамикалық диапазон толық қамтылмаған, компакт-дискінің дыбыс сапасына ешқандай сөгіс жоқ). Кейбір аудиофил фанаттар осы уақытқа дейін CD-жазбаны емес, минутына 33 айналым ұзақ ойнайтын пластинканы таңдайды, себебі пластинканың 22 кГц шекті жиілік шектеуі және кванттау шуы жоқ (Алайда, егер оны ұқыпты ұстамаса, онда сызықтар пайда болады). Әрқайсысы 16 бит секундына 44 100 санау кезінде тығыздалмаған CD-сападағы аудиоға монофондық сигнал үшін 705,6 Кбитс және стереофондық сигнал үшін 1,411 Мбитс өткізгіштік қабілеттілік қажет [2, 165 б.].
1.1 Дыбысты тығыздау. Ақпаратты тасымалдаудың сымдық ортасы және магнитті тасушылар
Аудио деректер бейне деректер тәрізді үлкен өткізгіштік қабілеттілікті қажет етпейтіндігіне қарамастан, арнаның қажет өткізгіштік жолағын және тасымалдау уақытын қысқарту үшін аудио жиі тығыздатылады. Барлық тығыздау жүйелерінде екі алгоритм болуы керек: бірі деректерді орналасқан жерде тығыздау үшін және екіншісі оларды ашу үшін. Әдебиеттерде бұл алгоритмдер сәйкесінше кодтау (encoding) және қайта кодтау (decoding) алгоритмі деп аталады.
Тығыздау алгоритмдерінде белгілі бір дәрежедегі ассиметрия бар және ол жайлы білген дұрыс. Біз қазір аудионы қарастырып отырсақ та бұл аспект бейнеге де қатысты. Көптеген қосымшалар үшін мультимедиа-құжат бір рет тығыздалады (мультимедиа-серверде сақталғанда). Бұл ассиметриялық кодтау алгоритмінің баяу және қымбат құрылғыны қажет ететіндігін білдіреді, ал қайта кодтау алгоритмі жылдам және арзан құрылғыда жұмыс істеуі керек. Танымал аудио және бейне сервер операторы өзінің бүкіл кітапханасын тығыздау үшін бірнеше компьютерді сатып алуды ойлауы мүмкін және әуен тыңдау немесе фильм көру үшін сайтқа кірген тұтынушыларынан да соны талап етсе - бұл жақсы ой бола қоймас. Бүгінгі күнде қолданыстағы тығыздау жүйелері өте көлемді, бұның барлығы кодтау өте баяу және күрделі болса да, қайта кодтау жылдам және қарапайым болуы үшін жасалып отыр. Екінші жағынан Skype арқылы қоңыраулар тәрізді жанды бейне және аудио үшін баяу кодтау жарамсыз. Ол нақты уақыт режимінде жұмыс істеуі тиіс. Демек, нақты уақыт режиміндегі мультимедиа дискіге сақтаулы аудио және бейнеден ерекше алгоритмдер мен параметрлерді пайдаланады. Жиі аздап тығыздау қолданылады. Симметрияның екінші бұзылуы - кодтауқайта кодтау үдерісі қайтымды болуы міндетті емес. Яғни файлды тығыздап, тасымалдап және қайта қалпына келтірген кезде тұтынушы бүкіл ақпаратты соңғы битіне дейін алуы тиіс. Мультимедиаға қатысты бұл талап өзекті емес. Әдетте, кодтау және қайта кодтаудан кейін аудио және бейне сигнал дыбысы (немесе бейне көрінісі) дәл бастапқыдай болады деген шартпен түпнұсқадан өзгеше болуы мүмкін. Қайта кодталған файл, кодталған түпнұсқаға толық сәйкес келмесе ақпаратты тасымалдау шығынмен (lossy) жүргізіледі. Егер кіріс және шығыс файлдары сәйкес келсе, тасымалдау шығынсыз (lossless) жүреді. Шығынды жүйелер өте қажет, себебі ақпараттың біраз бөлігін жоғалтып біз жақсы тығыздауға ие боламыз [3, 361 б.].
Телефон сымдары арқылы халықаралық байланыс ертеден қымбат болатын, сондықтан адам дауысы тәрізді аудиодан тұратын дыбыстық кодерлермен (voice coders - vocoders) орындалатын жұмыстар өте көп. Дауыс 600-ден 6000 Гц диапазонды қамтиды және сөйлеушінің дауыстық аппараты тілі және жағының ерекшеліктеріне байланысты, механикалық үдеріс арқасында туындайды. Кейбір дауыстық кодерлар сөздерді кішігірім параметрлер жиынтығына (мысалы, резонаторлар көлемі және формасына) әкелу үшін дауыстық жүйе моделін және 2,4 Кбитс-қа тең деректер көлемін пайдаланады.
Біз әдеттегі CD-сапаға жақын аудионы Интернет арқылы тасымалдауға тоқталамыз. Мұндай аудионы тасымалдау кезінде де көлемді қысқарту жағымсыз. Тығыздалмаған, стерео сападағы аудионы тасымалдау үшін ені 1,411 Мбитс арна қажет болады, бұл бейне және басқа да веб-трафикке аз орын қалдырады, көптеген кеңжолақтық арналарды тежейді. Тығыздау арқасында деректерді тасымалдау жылдамдығын бір ретке төмендетуге болады және бұл жағдайда сапа елеусіз аз жоғалады немесе мүлде жоғалмайды.
Тығыздау және қайта қалыпқа келтіру сигналды өңдеуді талап етеді. Дыбыс және бейне роликтерді компьютерлер арнайы программалық жасақтама көмегімен жеңіл өңдей алады. Іс жүзінде тұтынушыға әртүрлі ақпарат көздерінен алынған медиа деректерді жазып, бейнелеп, түзетіп және сақтауға арналған көптеген программалар бар. Бұл көп сандағы музыка және фильмдердің интернет арқылы қолжетімді болуына әкелді - бірақ бұның бәрі заңсыз - нәтижесінде сотқа көптеген арыздар және құқық иелерінен шағым түсуде.
Аудио файлдарды тығыздау үшін көптеген алгоритмдер құрастырылған болатын. Ең танымал форматтар - МР3 (MPEG audio layer 3 - MPEG аудио 3 деңгей) және МР4 файлдарында пайдаланылатын АСС (Advanced Audio Coding - жақсартылған аудио кодтау). Шатаспас үшін MPEG аудио және бейненің тығыздалуын қамтамасыз ететінін есте сақтаңыздар. МР3 MPEG-1 стандартының 3-ші версиясына емес, аудионы тығыздау блогына жатады. Іс жүзінде MPEG-3 версиясы шыққан жоқ, тек MPEG-1, MPEG-2 және MPEG-4 шықты. АСС - МР3-тен кейін пайда болған формат. MPEG-4 аудионы кодтау үшін пайдаланылады. MPEG-2-де кодтаудың МР3 және АСС сияқты екі нұсқасын да пайдалануға болады. Стандарттардың ең жақсы жағы - бұл үнемі таңдау бар. Егер сізге бірі ұнамаса, басқасын таңдауға болады.
Дыбысты тығыздаудың екі тұжырымдамасы бар. Сигнал формасын кодтау (waveform coding) кезінде сигнал Фурье түрлендіруі бойынша компоненттерге ажыратылады. Әр компонент амплитудасы ең аз бұрмалаумен кодталады. Бұрынғы мәселе - сигнал формасын мүмкіндігінше ұқыпты және биттерді аз жұмсап тасымалдау.
Келесі концепция перцептивтік кодтау (perceptual coding) деп аталады. Ол адамның есту аппаратының кемшіліктеріне негізделген және тыңдаушы нақты сигнал мен кодталған сигнал арасындағы айырмашылықты сезбейтіндей етуге мүмкіндік береді. Бірақ осциллографта бұл айырмашылық көрінетін болады. Перцептивтік кодтау негізделген ғылым психоакустика (psychoacoustic) деп аталады. Ол адамның дыбысты қабылдауын зерттейді. МР3 және АСС форматтары да перцептивтік кодтауды пайдаланады.
Перцептивтік кодтаудың кілтті қасиеті - бір дыбыс келесі бір дыбысты маскілей алады. Өзіңізді жаздың жайма шуақ кешінде көгалда, флейта мен оркестрге арналған жанды концертті тыңдап, медитациялап отырмын деп елестетіп көріңіз. Кенеттен, кен балғасы бар бір топ жұмысшылар пайда болып, көрші көшедегі асфальтты аша бастады делік. Өкінішке орай, флейта дауысын енді ешкім естей алмайды. Флейтаның әзіз дауысын кен балғасының дауысы маскіледі. Егер осы жағдайды деректерді тасымалдау тұрғысынан қарастыратын болсақ, мұнда тек кен балғасы жұмыс істейтін жиілік диапазонын кодтау жеткілікті, себебі бұл шудан флейтаны есту мүмкін емес. Белгілі бір жиілік диапазонындағы қатты дауыстардың басқа диапазондағы баяу дауысты жасыру (қатты дауыс жоқ болса оны естуге болар еді) мүмкіндігі жиіліктік маскілеу (frequency masking) деп аталады. Тіпті, жұмысшылар кен балғасы жұмысын тоқтатқаннан кейін де біраз уақытқа дейін тыңдарман флейта дауысын ести алмайды. Бұл қатты дауыс пайда болған кезде адам құлағының дыбысты күшейту коэффициенті күрт төмендейді және кен балғасы жұмысын тоқтатқаннан кейін оның қалыпты жағдайға оралуына уақыт керек. Бұл әсер уақытша маскілеу (temporal masking) деп аталады.
Осы әсерлердің сапалық сипаттамасынан сандық сипаттамасына көшу үшін тәжірибе жүргізуді елестетейік. Тыныш бір аудиторияда отырған адам компьютердің дыбыстық картасымен байланысқан құлаққапты киді делік. Компьютер жиілігі 100 Гц, күші біртіндеп өсетін дыбысты генерациялайды (таза синусоидалық дыбыстық толқын). Тәжірибеге қатысушы адам дыбысты естісімен пернетақта батырмасын басуы керек. Компьютер батырма басылған сәттегі дыбыс күшін есте сақтайды. Тәжірибені осылайша 200 Гц, 300 Гц жиілікте және т.с.с есту жиілігінің жоғары шегіне жеткенше қайталайды. Тәжірибені бірнеше рет көптеген адамдармен қайталау керек. 1.2 а-суретінде орташаланған естілу шегінің дыбыс жиілігіне тәуелділігі екі осьте де логарифмдік масштабпен көрсетілген. Бұл қисыққа қарап келесідей тұжырымдама жасауға болады: амплитудасы есту шегінен төмен жатқан жиіліктерді еш уақытта кодтаудың қажеті жоқ. Мысалы, егер 100 Гц жиілікте дыбыс күші 20 дБ-ға тең болса, онда бұл дыбысты кодтаудың қажеті жоқ және дыбыстың естілу сапасы төмендемейді, себебі 100 Гц жиілікте 20 дБ есту шегінен төмен жатыр (1.2 а суретін қараңыз).
Енді 2-ші тәжірибені қарастырайық. Компьютер алғашқы тәжірибедегі әрекетті қайталасын, бірақ әр тестілік жиілік үстіне айталық 150 Гц жиіліктік тұрақты амплитудасы бар синусоидалық дыбыстық толқыны қосылып отырады. Біз 150 Гц-ке жақын орналасқан жиіліктер үшін есту шегінің күрт өсетінін байқаймыз. Бұл 1.2 ә суретіндегі графикте көрсетілген.
1.2 сурет. Есту шегі жиілік функциясы тәрізді (а); маскілеу әсері (ә)
Соңғы тәжірибеден келесідей тұжырымдама жасауға болады: қандай сигналдардың жақынарадағы қуатты сигналдармен маскіленетінін біле отырып, біз сәйкес сигналдарды есепке алмай, кодтамауымызға және осылайша биттерді үнемдеуімізге болады. 1.2 ә суретінен 125 Гц жиілікті сигналды толығымен есепке алмауға болатыны көрініп тұр және айырмашылықты ешкім байқамайды. Тіпті, кез келген диапазонда қатты сигнал тоқтағаннан кейін уақытша маскілеу қасиетін білетін жағдайда, біраз уақыт аралығында (құлақ қуаттылығы кіші дыбысқа бейімделгенше) осы жиілікті кодтамауға болады. МР3 және АСС алгоритмдерінің мақсаты - дыбыс күшін алу үшін сигналды Фурье тізбегіне таратып, сонан кейін мүмкіндігінше аз биттер санымен кодталатын тек маскіленбеген жиілікті тасымалдау.
Енді негізгі қағиданы білгеннен кейін кодтаудың қалай жүргізілетінін қарастырайық. Дыбысты тығыздау, АСС үшін 8-ден 96 кГц арасындағы сигнал амплитудасын өлшеу арқылы, ал кейде дыбыс CD сапасына жақын болу үшін 44,100 кГц жиілікпен орындалады. Өлшеуді бір (моно) немесе екі (стерео) арна арқылы жүргізуге болады. Сонан кейін қажет шығыс биттік жылдамдық таңдап алынады. МР3 алгоритмінің көмегімен компакт-дискке жазылған рокн-рол стереофондық жазбасын 96 Кбитс-қа дейін, тіпті, рок-н-рол фанаттары да сезбейтіндей сапа жоғалтумен тығыздауға болады. Егер біз МР3-ке фортепиано концертін жазғымыз келсе, онда бізге биттік жылдамдығы кем дегенде 128 Кбитс АСС форматы қажет. Айырмашылық рок-н-ролдағы сигналшу қатынасының фортепиано концертіне қарағанда әлдеқайда жоғары екендігінде (әрине, тек техникалық жағынан). Әрине, кіші биттік жылдамдықты таңдап, төмен сападағы туындыны алуға болады.
Бұдан кейін есептеулер кішігірім топтармен өңделеді. Әр топ алдын ала жиілік диапазонын ерекшелейтін сандық фильтрлер жиынтығы арқылы өтеді. Маскіленетін жиіліктерді анықтау үшін ақпарат психоакустикалық моделге енгізіледі. Келесі қадамда биттер қоры жиіліктер диапазоны арасында таратылады. Бұл жерде биттердің ең көп саны маскіленбеген спектрлік қуат диапазонына беріледі, ал кіші бөлігі - маскіленетін диапазонға. Соңында, биттік тізбектер, жиі кездесетін сандарға қысқа, ал сирек кездесетін сандарға ұзын код беретін Хаффман (Huffman) коды арқылы шифрланады. Егер сізді бұл тақырып қызықтырып, ол жайлы көбірек білгіңіз келсе Бранденбург (Brandenburg, 1999) кітабына жүгініңіз [5, 243 б.].
Ақпаратты тасымалдаудың сымдық ортасы. Желінің физикалық деңгейі бір машинадан екінші машинаға биттерді тасымалдауға арналған. Тасымалдау үшін, сигналдың таралу ортасы деп аталатын әр түрлі ақпарат тасығыштар қолданылады. Олардың әрқайсысы өзіне тән өткізу жолақтары жинағына, кешігулерге, бағаға, орнату мен қолданылудың қарапайымдылығына ие. Ақпаратты тасымалдау ортасын екі топқа бөлуге болады: мыс және оптоталшықты сымдар сияқты, сымды орталар және жер бетіндегі сымсыз және спутниктік байланыстарға, сондай-ақ кабельсіз лазер сәулесі бойынша тасымалдауға арналған сымсыз орталар [4, 206 б.].
Магнитті тасушылар. Деректерді бір компьютерден екіншісіне тасымалдаудың ең қарапайым түрі - оларды магнитті таспаға немесе басқа алып-салмалы тасушыға (мысалы, қайта жазғыш DVD) жазу, бұл таспалар мен дискілерді керекті жерге физикалық тасымалдап, оларды сол жерде оқу. Бұл тәсіл геостационарлық спутниктік байланысты пайдаланғаннан гөрі, әсіресе өткізу мүмкіншілігінің жоғары немесе бит бағасы негізгі фактор болатын кейбір қосымшаларда, экономикалық тұрғыдан алғанда, анағұрлым тиімді.
Келтірілген мәселені талдауға бізге қарапайым есептеулер көмектесетін болады. Ultrium таспалы стандартты кассетаға 800 Гигабайт ақпарат сияды. 60x60x60 өлшемді қорапқа мұндай кассетаның 1000 данасы сияды, ал бұл 800 терабайт немесе 6400 терабит (6.4 петабит) жалпы сыйымдылықты береді. Ішінде кассеталары бар қорапты АҚШ көлемінде Federal Express қызметі немесе басқа компаниялар 24 сағаттың айналасында жеткізетін еді. Мұндай тасымалдау кезінде тиімді өткізу жолағы 6400 терабит86 400с немесе 70 Гбитс шамасынан аз ғана үлкен болады. Егер жеткізу бекетіне бар болғаны бір сағат жол жүру керек боласа, онда өткізу мүмкіндігі 1700 Гбитс жоғарыны құрайды. Бір де бір компьютерлік желі әзірше мұндай көрсеткішке жетуге дайын емес.
Егер біз бұл мәселеге экономикалық тұрғыдан қарайтын болсақа, онда осыған ұқсас көріністі аламыз. Кассетаның көтерме бағасы шамамен 40 $ құрайды. Таспалы қорап 4000 $ шығады, сонымен бірге бір таспаны ондаған рет пайдалануға болады. 1000 $ тасымалдауға қоссақ (шындығында, одан анағұрлым аз), нәтижесінде біз 800 тбайтс ақпаратты тасымалдау үшін 5000 маңайында немесе бір гигабайт үшін центтің жартысынан сәл көптеу жұмсаймыз. Әлемдегі бір де бір желі мұндай жағдаймен бәсекелесе алмайды. Бұл әңгіменің ғибраты осындай [7, 106 б.].
1.2 Есілген жұп және коаксиалды кабель. Электрқоректену сымдары
Деректерді тасымалдау жылдамдығы оларды таспа арқылы бергенде өте жақсы болғанымен, кешігу шамасы бұл жағдайда өте үлкен болады. Тасымалдау уақыты миллисекундпен емес, минут немесе сағатпен өлшенеді. Көптеген қосымшалар үшін қашықтағы жүйенің лезде әрекет етуі қажет (қосылған режимде). Алғашқылардың бірі және осы уақытқа дейін жиі қолданылатын тасымалдаудың құралы есілген жұп болып табылады. Бұл тасушы әдетте, диаметрі 1 мм болатын, екі оңашаланған мыс сымнан тұрады. Сымдар, бірі екіншісін спираль тәрізді орап ДНК молекуласына ұқсас болып кетеді. Бұл қатар орналасқан бірнеше есілген жұптың электромагниттік әсерлесуін азайтуға мүмкіндік береді. (Екі параллель сым қарапайым антеннаны құрайды, ал есілген жұпта бұлай емес). Сигнал әдетте, жұп құрайтын, екі сымдағы потенциалдардың айырымы ретінде беріледі. Бұл сыртқа шығуға жақсы орнықтылықты қамтамасыз етеді, себебі шу екі сымға бірдей әсер етеді, осылайша потенциалдар арасындағы айырмашылық өзгермей қалады. Есілген жұптың кең тараған қолданысы телефон желісі болып табылады. Барлық телефондар телефон компанияларымен аталған тасушының көмегі арқылы жалғасады. Есілген жұп арқылы тек телефон қоңыраулары ғана беріліп қоймайды. ADSL технологиясы бойынша интернетке қол жеткізу де есілген жұп арқылы жүзеге асырылады. Есілген жұп сигналды бірнеше километрді құрайтын арақашықтыққа әлсіретпей тасымалдай алады. Анағұрлым алыстағы қашықтықтарда сигналдың әлсіреп кетуіне байланысты қайталауыштар қажет болады. Үлкен арақашықтыққа бір бағытта тартылған есілген жұптардың үлкен саны, қорғаныс жабуы кигізілген кабельге бірігеді. Егер осындай кабельдердің ішінде орналасқан сымдар жұбы есілмеген болса, онда олар арқылы өтетін сигналдар бірінің үстіне бірі жапсырылатын еді. Диаметрі бірнеше сантиметр болатын телефон кабельдерін діңгектерде созылған күйде көруге болады [8, 128 б.].
Есілген жұптар аналогтық та, сандық та деректерді тасымалдау үшін қолданылады. Өткізгіш жолағы сымның диаметрі мен ұзындығынан тәуелді, бірақ көбінесе бірнеше километр болатын арақашықтықта секундына бірнеше мегабит жылдамдыққа қол жеткізуге болады. Өткізгіш қабілетінің жоғарылығына және көп емес бағасына байланысты есілген жұптар кеңінен таралған және келешекте де өзінің құнын жоя қоймас.
Есілген жұптар бірнеше түрде пайдаланылады. Офистік ғимараттарда 5 немесе Cat 5 категориялары анағұрлым кеңінен таралған. 5 категориялы есілген жұп бір-біріне есілген екі оқшауланған сымнан тұрады. Төрт осындай жұп әдетте бірге пластикалық қабыққа салынады. Ұқсас схема 1.3-суретте көрсетілген.
Әр түрлі стандартты желілерде есілген жұп әрқалай қолданылады. Мысалы, 100-мегабайттық Ethernet желісінде деректер екі жұп (төрттен) бойынша тасымалданады, әр бағытта бір жұптан.
Анағұрлым жоғары жылдамдыққа қол жеткізу үшін 1 гигабайттық Ethernet желілерінде деректер барлық төрт жұп бойынша бір уақытта екі бағытта да тасымалданады. Қателерді болдырмас үшін қабылдаушы құрылғы локальді тасымалданған сигналды бөліп ала білуі керек.
1.3 сурет. Төрт есілген жұбы бар бесінші категориялы UTP кабелі
Деректерді екі жаққа да бір уақытта тасымалдай алатын сымдар, көшедегі екі жақты қозғалыс сияқты, дуплексті деп аталады. Ал деректер бойымен уақыттың әрбір сәтінде тек бір бағытта ғана, көшедегі реверсті қозғалыс сияқты тасымалдана алатын сымдар жартылай дуплексті деп аталады. Үшінші категория - бұл бір бағыттағы қозғалысы бар жолдар сияқты, сигналдарды тек бір бағытта ғана тасымалдай алатын сымдар. Олар симплексті деп аталады.
Есілген жіпке қайта оралайық, үшінші категориялы есілген жұптың орнына бесінші категориялы есілген жұп келді. Бұл жұптың ажыратқыштары бұрынғыдай, бірақ сымның бір метр ұзындықтағы орамдарының саны үшінші категориялы кабельден көп. Орамдардың көптігі сигналды үлкен арақышықтыққа тасымалдаудың жақсы сапасын қамтамасыз етеді және нысанаға алуды азайтады. Сонымен, 5-ші категориялы есліген жұп жоғары сапалы компьютерлік байланысқа жақсы үйлеседі, әсіресе 100-мегабиттік және 1-гигабиттік Ethernet желілері үшін.
Жаңа стандарт, бәлкім, 6 немесе тіпті 7 категориялы кабельдер болады. Бұл категориялардың қатаң ерекшелігі өткізгіш жолағы үлкен сигналдарды өңдеуге мүмкіндік береді. Кейбір 6 және одан да жоғары категориялы кабельдер жиілігі 500 МГц сигналдарға арналған, оларды, күшейтуі жақын арада жоспарланған, 10-гигабиттік желілерде пайдалануға болады.
6-шы категорияға дейін, бұл жалғанулардың барлық типін көбінесе UTP (Unshielded Twisted Pair - экрандалмаған есілген жұп) деп атайды, себебі олар тек сымдар мен бөлектеулерден ғана тұрады. Оларға қарама-қарсы, 7-ші категориялы кабельдерде тек есілген жұптары ғана емес, бүкіл кабельдері қалқалаушыға (қорғаныш пластикалық қабықшаға) салынған. Экрандау сыртқы шуға сезімталдықты және көршілес кабельдер арасындағы нысанаға алуды азайтады. Осыған орай, 7 категориялы есілген жұп өнімділікке қойылған жоғары талаптарға жауап береді. 7 категориялы кабель ІВМ компаниясының нарыққа 1980 жылы ұсынған жоғары сапалы, бірақ қолайсыз қалқалаушы есілген жұптан тұратын кабельдерін еске түсіреді. Олар ІВМ фирмасынан тысқары жерде танымал бола алмады [9, 206 б.].
Коаксиалды кабель. Деректерді тасымалдаудың тағы бір тәсілі коаксиалды кабель болып саналады. Ол есілген жұптан гөрі жақсы қалқалаушы, сондықтан деректерді жоғары сапамен анағұрлым алыс қашықтыққа тасымалдай алады (1.4 сурет). Кабельдердің екі түрі кеңінен тараған. Олардың бірі 50-Омдық, әдетте олар тек сандық деректерді тасымалдау үшін қолданылады. Кабельдің екінші бір түрі 75-Омдық, аналогты деректерді тасымалдау үшін және кабельді теледидарда жиі қолданылады. Мұндай бөлінудің негізінде, ең дұрысы техникалық факторлар емес, тарихи факторлар жатады (мысалы, алғашқы дипольдық антенналардың импедансы 300 Ом болды және ең ыңғайлысының импедансы 4:1 қатынаста болатын қолданыста бар түрлендіргіштерді қолдану). 1990 жылдардан бастап кабельді теледидар операторлары Интернетке қол жеткізу қызметін көрсете бастады, ол ақпаратты тасымалдау ортасында 75-Омды кабельді анағұрлым маңызды етті.
Коаксиалды кабель, оның ортасында орналасқан, айырулармен қапталған, қатты мыс сымнан тұрады. Айырудың үстінен, әдетте ұсақ мыс түрінде орындалған, цилиндрлік өткізгіш тартылған. Ол айырудың қорғаныс қабатымен қапталған (пластикалық қабықша).
Коаксиалды кабельді экрандаудың конструкциясы мен арнайы түрі жоғары өткізгіштік қасиет пен кедергіден қорғанысты қамтамасыз етеді. Максималды өткізгіштік мүмкіншілігі сапа мен ұзындықтан тәуелді. Заманауи кабельдердің өткізгіш жолағы бірнеше гигагерцке дейін жетеді. Коаксиалды кабельдер телефон жүйелерінде кеңінен қолданылды, бірақ үлкен ұзындықты сымдарда олар оптоталшықты кабельдермен алмастырылуда. Бірақ коаксиалды кабельдер көп жағдайларда кабельді теледидар үшін және кейбір жергілікті желілерде қолданылады [6, 249 б.].
1.4 сурет. Коаксиалды кабель
Электроқоректену сымдары. Телефон желілері мен кабельді теледидар ақпаратты қайта тасымалдау үшін бейімдеуге болатын, деректерді тасымалдау сымдарының жалғызы емес. Тағы бір кең тараған сымды желі - электрлік. Электр қоректену сымдары бойынша электр энергиясы үйлерге жеткізіледі. Үйлердің ішінде ол сымдар арқылы розеткаларға жалғанады.
Деректерді тасымалдау үшін электр қоректену сымдарын қолдану идеясы ертеректе туындады. Электр компаниялары осындай тәсілмен көптеген жылдар бойы көрсеткіштерді алыстан алуда. Сонымен қатар, осындай деректерді төмен жылдамдықпен тасымалдау әр түрлі үй құрылғыларын басқаруға мүмкіндік береді (мысалы, Х10 стандарты бойынша). Соңғы жылдар электр қоректену сымдары бойынша деректерді жоғары жылдамдықпен тасымалдауға деген қызығушылық, үйдің ішінде де, одан тысқары жерде де, Интернетке қосылу үшін, қайтадан жаңғырды. Біз анағұрлым кең тараған нұсқа электр сымдарын үйде пайдалануды қарастыратын боламыз.
Мұндай нұсқаның қолайлылығы айдан анық. Жай ғана теледидарды және қабырғадағы ресиверді іске қосыңыз (мұны кез келген жағдайда орындау керек, себебі құрылғыларға электр қоректену қажет), олар электр сымдары бойынша фильмдерді жібере және ала алатын болады. Осындай конфигурация 1.5 суретте көрсетілген. Ешқандай басқа ажыратқыш немесе радиосигналдарды беретін нүктелер жоқ. Деректер сигналы электр қоректенудің төмен жиілікті сигналына қойылады (активті сымда - кернеуден төмен тұрғанына) және екі сигнал да сым бойынша бір уақытта тасымалданады.
1.5 сурет. Үй электроөткізгіштеріне негізделген желі
Үй электр сымдарын деректерді тасымалдау желілерін құру үшін пайдаланудың қиыншылығы - оның негізгі тағайындалуы - бұл электр энергиясын тарату екендігінде. Әрине, бұл екі есептің бір-бірінен түбегейлі айырмашылығы бар. Электр сигналдары 50-60 Гц жиілікпен тасымалданады, ал анағұрлым жоғары жиілікті сигналдар (олардың жиілігі мегагерц бірлігімен өлшенеді) басылады. Әр түрлі үйлерде сымдардың қасиеттерінің бір-бірінен қатаң айырмашылығы болуы мүмкін, сонымен бірге олар тұрмыс құралдарын қосып және өшіргенде өзгеруі мүмкін, бұл деректер сигналының тұрақсыздығына алып келеді. Құрылғыны қосып сөндіргенде орнатылмаған тоқ жиіліктің үлкен ауқымында электр шуын тудырады. Ал мұқият бұралмаса (есілген жұптағы сияқты), электр сымы сыртқы сигналдарды жинап, өзінікін шағылыстыра, жұқа антенна сияқты жұмыс істейді. Мұндай мінез-құлық стандарттар нормасына жауап беру үшін деректер сигналдарына әуесқой радиостанцияларға бөлінген лицензияланған жиіліктерді алып тастау керек дегенді білдіреді.
Келтірілген қиыншылықтарға қарамастан, сигналдың бәсеңсуін болдырмау схемасын пайдаланып және қателерді баса отырып, кәдімгі үй электр желісінен деректерді кемінде 100 Мбитс жылдамдықпен жіберуге болады. Көптеген өнімдер үшін деректерді электр қоректену сымдары арқылы тасымалдаудың патенттелген стандарттары қолданылады, бірақ халықаралық стандарттар әзірше белсенді түрде өңделу үстінде [10, 195 б.].
1.3 Талшықты оптикалық кабельдер және олардың қолданылуы. Жарықтың талшық бойымен өтуі
Компьютерлік технологияның Мур (ол кристалдағы транзисторлардың саны әрбір екі жыл сайын шамамен) заңына сәйкес жылдам дамуы аталған индустрияның көптеген өкілдерінің мақтанышын туғызады. ІВМ фирмасының 1981 жылы пайда болған дербес компьютері 4,77 МГц тактілік жиілікпен жұмыс істеді. 28-жылдан соң бұл көрсеткіш төрт ядролы процессорларда 3 ГГц жиілікке дейін өсті. Көбейткіштің артуы 2500 немесе декадасына 16-ға дейін жетті. Ондай жаман емес.
Осы уақыт аралығында деректерді тасымалдаудың жылдамдығы 45 Мбитсекундтан (телефон сымдары бойынша Т3 сызығы) 100-ге дейін (заманауи ұзын сым), әсерлігі кем емес 2000 рет немесе декадасына 16 рет өсуді білдіреді. Сонымен қатар, қатенің ықтималдылығы тасымалдау кезінде битке 105-тен нөлге дейін кеміді. Сонымен қатар, процессорлар өзінің физикалық шегіне дейін өзінің жетуге жақындайды, сондықтан қазір бір кристалда олардың бірнешеуі қолданылады. Қазіргі таңдағы оптоталшықты технология, керісінше деректерді тасымалдаудың жыдамдығын 50 000 Гбитс (50 Тбитс) шамасына дейін өсіре алады және оның физикалық шегіне дейін бізге әлі алыс. Қазіргі таңдағы іс жүзіндегі 100 Гбитс шек біздің электр сигналдарын оптикалыққа және керісінше түрлендірулерді жылдам жасайтын қабілетіміздің жоқтығына байланысты. Анағұрлым жоғары жылдамдыққа қол жеткізу үшін, бір талшықтан бір уақытта деректер бірнеше арналарға тасымалданып отырады.
Бұл тарауда біз оптикалық талшықпен танысамыз және деректер оптоталшық бойымен қалай тасымалданатынын білеміз. Компьютерлер мен байланыс арналарының бәсекелесінде соңғысының, талшықтық оптиканың арқасында, жеңіске мүмкіншілігі бар. Егер осы жүзеге асатын болса, онда әлемде дерлік шексіз өткізу жолағы деген мүлдем жаңа ұғым пайда болып қоймай, барлық компьютерлер үмітсіз баяу және желілер, өткізу жолағының қай бөлігінің жоғалып кететініне қарамастан, қалай да болса есептеулерден аулақ болулары керек деген ой қалыптасады. Шеннон қалыптастырған төмен жылдамдықты мыс сымдар мен шектеулер терминдері туралы ойлауға үйренген компьютерші-ғалымдар мен инженерлердің сана сезіміне жаңалық сіңуі үшін уақыт керек.
Әрине, бұл көріністе маңызы аз емес бір тетік жетіспей тұр: ол бағалар. Әрбір тұтынушының компьютеріне дейін, сымдарға тән шектеу - төмен өткізгіш жолағы мен көп емес жиілік ауқымын айналып өтіп, оптоталшықты жеткізуге кеткен шығын, жай ғана зор. Одан бөтен, тек қана биттерді орын ауыстыруға, есептеулерге қарағанда, көп энергия жұмсалады. Не есептеулер бағасы, не орын ауыстырулар бағасы нөлге жақындайтын теңсіздік аралдары барлық уақытта табылатын болады. Мысалы, Интернетке шыққанда, Ғаламдық желіге қол жеткізуді тиімді ету мақсатында, дискінің ішіндегіні қысып, кэштеу үшін, біз барлық есептегіш мүмкіндіктерді пайдаланамыз және дисктегі орынды жұмасймыз. Интернетте керісінше, процесстің болуы мүмкін емес. Google сияқты компаниялар желі бойында деректердің орасан зор көлемін жібереді де, олардың сақталуы мен өңделуі арзан болатын жерде орналастырып қояды.
Оптоталшық ақпаратты өте үлкен арақашықтықта, жоғары жылдамдықты желілердің ішінде (ол мыс сымдардан керегінше алысқа кете алмаса да), желілік магистральді байланыстар бойынша тасымалдау үшін және Интернетке тиімді ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz