Учебное пособие по дисциплине СиСПИ

за счет неоднородности его структуры. Это внутримодовое расширение импульса.

4. Рассеяние и поглощение энергии в оптическом волокне. Это явление присуще всем видам стекол, т.е. все оптические материалы имеют дефекты, которые рассеивают или поглощают свет по мере его распространения на большие расстояния.

3.6.2 Методы модуляции светового потока

В волоконно-оптических системах связи для модуляции оптической несущей частоты используются как цифровые так и аналоговые методы модуляции. В качестве цифровых методов модуляции используются различные варианты импульснокодовой модуляции.

При прохождении модулированного сигнала U(t) (двоичной последовательности) по оптическому волокну, вследствие шумов передатчика и приемника, дисперсионных явлений в волокне (дисперсия мод, дисперсия стекла и т.д.), могут возникать искажения этих сигналов, как показано на рисунке 3.57

230

Рис. 3.57 Искажения сигналов

Для борьбы например с блужданием при ИКМ может быть использован биполярный двоичный код. Здесь входные импульсы попеременно преобразуются в положительные и отрицательные.

Основным требованием для систем с ИКМ является необходимость строгой синхронизации передаваемых сигналов. Это обычно делается путем передачи синхронизирующей информации среди передаваемых информационных сигналов. Однако такую информацию можно легко потерять если передаваемый сигнал содержит длинную серию нулей. В этом случае можно применить в ИКМ троичный линейный код вместо двоичного. Наиболее простым кодом, из которого легко выделить синхроимпульс является код «с инверсией переменных символов». В этом коде уровень мощности Р представляют нулем, в то

231

время как 2Р и 0 представляют соответственно +1 и –1, как показано на рисунке 3.57

Рис. 3.58

Для такого способа кодирования требуется высокая стабильность передаваемой мощности. Более эффективным является код, в котором каждый бит, представляется двумя битами. Примерами таких кодов являются код «с инверсией групп символов» и код с «биполярной фазой».

Наиболее простой формой аналоговой модуляции является метод прямой модуляции интенсивности. В этом случае аналоговый входной сигнал m(t) модулирует источник света с выходной мощностью.

Р0 – средняя выходная мощность источникаглубина модуляции.

Наиболее простой способ реализации этого метода заключается в прямой коммутации источника света. Более дорогой, но и более точный способ реализации метода прямой модуляции это использование внешнего модулятора.

232

Скорость прямого модулирования зависит от инерционности источника света. При использовании лазерных источников частота модуляции достигает 1000 МГц 1 ГГц.

3.6.3 Лазеры и оптическое волокно

Основными элементами источников светового излучения в оптических системах связи являются светоизлучающие диоды (СИД) и полупроводниковые инжекционные лазеры. Эти устройства излучают свет в диапазоне от 0,75 до 1,6 мкм. Для осуществления дальней связи с высокой скоростью передачи данных применяют лазерные диоды (ЛД) – разновидность полупроводниковых лазеров. В настоящее время получили практическое применение следующие типы полупроводниковых лазеров:

1.лазер полосковой геометрии

2.лазер с распределенной обратной связью.

Одной из последних разработок является С3-лазер, представляющий собой электронно-перестраиваемый одночастотный источник. Этот тип лазера позволяет значительно увеличить скорость и длину передачи данных благодаря спектральной чистоте и сверхширокополосному перестраиваемому выходу. При использовании такого лазера нормальная рабочая частота может достигать 2 Гбит/сек с вероятностью ошибки менее 10-10.

3.6.4 Структура ВОСС В общем виде структуру ВОСС можно представить, как

показано на рисунке 3.59

233

Рис. 3.59 Структура ВОСС

УВДустройство ввода данных, ЗУ – запоминающее устройство.

Основная функция передатчика это преобразование входного электрического сигнала в высокочастотный световой сигнал с высокой точностью. Для этой цели используются рассмотренные выше методы аналоговой или цифровой модуляции оптической несущей частоты генерируемой СИД и ЛД.

Основным назначением приемника является преобразование оптического сигнала в электрический. При этом этот электрический сигнал должен с максимальной точностью воспроизводить исходно переданный электрический сигнал. В качестве преобразователя оптического сигнала в электрический обычно используется фотодиод. Поскольку выходная мощность фотодиода обычно невелика, поэтому на выходе фотодиода ставится усилитель.

234

4.СЕТИ СВЯЗИ И СИСТЕМЫ КОММУТАЦИИ

4.1Общие сведения о сетях связи

4.1.1Модель взаимосвязи открытых систем OSI / ISO

В1977 году Международная Организация по Стандарти-

зации (International Organization for Standartization, ISO) образо-

вала подкомитет, задачей которого стала разработка стандарта сетевой архитектуры с целью поддержки совместимости при проектировании сетей. Подкомитету была поставлена цель –

определить набор наиболее характерных функций, которые могли бы управлять всеми возможными видами соединений

между компьютерами.

Название организации ISO – это не сокращение от полного названия. Оно произведено от древнегреческого слова isos, означающего «равенство».

В1983 г. был опубликован документ “The Basic Reference Model for Open System Interconnection”, где была описана рас-

пределённая модель сетевого взаимодействия между 7 различными уровнями. Модель взаимодействия открытых систем

(Open System Interconnection, OSI):

четко определяет различные уровни взаимодействия систем;

дает им стандартные имена;

указывает, какую работу должен делать каждый уровень.

Модель OSI () – это «модель моделей», она представляет

сеть как иерархию семи уровней. На рис. 4,1 в обобщенном виде представлены функции, выполняемые на различных уровнях сетевых коммуникаций. Но модель OSI так и не стала основой нового стека протоколов. Напротив, модель OSI используется с существующими стеками в качестве обучающего и справочного пособия.

235

Рис. 4.1 - Модель взаимодействия открытых систем (двигаясь по стеку протоколов вниз, данные «обрастают» заголовками и трейлерами)

Модель OSI описывает только системные средства взаимодействия, реализуемые операционной системой, системными утилитами, системными аппаратными средствами, не касаясь

приложений конечных пользователей. Приложения реализуют свои собственные протоколы взаимодействия, обращаясь к си-

236

стемным средствам. Поэтому необходимо различать уровень взаимодействия приложений и прикладной уровень модели OSI..

Модель OSI представляет архитектуру передачи данных посредством протоколов, определенных таким образом, что компьютер-получатель на уровне n получает в точности то сообщение, которое было отправлено с уровня n компьютераисточника.

Потоки информации организованы таким образом, что каждый уровень предполагает, что он напрямую взаимодействует с одноименным уровнем другого узла. На самом деле каждый уровень может взаимодействовать с соседними уровнями на своем компьютере.

В сетевом взаимодействии следует различать понятия «информация» и «данные».

Информация (information) характеризуется структурой, значением и полнотой. Это данные в форме, пригодной для использования. Данные не имеют ничего.

Данные (data) есть произвольный набор байтов.

Каждый уровень оперирует с собственной информацией, а всё, что он получает с верхнего уровня, рассматривается как данные. Прикладная задача отправляет в сеть блок информации, имеющей определенную длину, структуру и значения. Для сетевых компонентов информация не более, чем данные, которые могут быть произвольно разбиты на фрагменты в процессе доставки и вновь собраны воедино при передаче приложениюприемнику.

Когда данные от передающего компьютера проходят по уровням, они инкапсулируются (вкладываются) во все больший блок, по мере того как каждый уровень добавляет заголовочную информацию. Когда данные поступают на принимающий компьютер, этот процесс выполняется в обратной последовательности. Информация передается вверх по уровням. При этом каждый уровень удаляет инкапсулирующую информацию (рис.

1.42).

237

Когда сообщение по сети поступает на другую машину, оно последовательно перемещается с физического уровня вверх до прикладного уровня. Каждый уровень анализирует, обрабатывает и удаляет инкапсулирующую информацию своего уровня, выполняет соответствующие данному уровню функции и передает сообщение вышележащему уровню.

Когда данные прошли все уровни в принимающем компьютере, вся заголовочная информация оказывается удаленной, и данные принимают исходную форму (как они были созданы приложением на передающей стороне). В этом виде они предоставляются принимающему приложению.

Сетевыми специалистами для обозначения единицы обмена данными используется термин "сообщение" (message). Существуют и другие названия. В стандартах ISO для протоколов любого уровня используется такой термин, как "прото-

кольный блок данных" - Protocol Data Unit (PDU).

Кроме этого, используются термины кадр (frame), пакет

(packet), дейтаграмма (datagram).

4.1.2 Классификация сетей по области действия

Для классификации компьютерных сетей используются различные признаки, на чаще всего сети делятся по территориальному признаку, то есть по величине территории, которую покрывает сеть. При этом выделяют следующие типы компьютерных сетей:

локальные сети (Local Area Network – LAN);

городские (Metropolian Area Network – MAN);

глобальные(Wide Area Network – WAN).

Обычно LAN < MAN < WAN. Менее существенным признаком является размер сети, то есть количество подключенных компьютеров.

239