Viestintälinja koostuu yleensä fyysisestä välineestä, jonka kautta sähköisiä informaatiosignaaleja siirretään, tiedonsiirtolaitteista ja välilaitteista. Synonyymi termille viestintälinja(viiva) on termi linkki(kanava).
Fyysinen siirtoväline voi olla kaapeli eli joukko johtoja, eristäviä ja suojakuoria ja liittimiä sekä maan ilmakehä tai ulkoavaruus, jonka läpi sähkömagneettiset aallot etenevät.
Tiedonsiirtovälineestä riippuen viestintälinjat jaetaan seuraaviin:
§ langallinen (ilma);
§ kaapeli (kupari ja valokuitu);
§ maanpäällisen ja satelliittiviestinnän radiokanavat.
Langalliset (overhead) tietoliikennelinjat ovat johtoja ilman eristäviä tai suojapunoksia, jotka on asetettu pylväiden väliin ja roikkuvat ilmassa. Tällaiset viestintälinjat kuljettavat perinteisesti puhelin- tai lennätinsignaaleja, mutta muiden mahdollisuuksien puuttuessa näitä linjoja käytetään myös tietokonedatan välittämiseen. Näiden linjojen nopeusominaisuudet ja melunsieto jättävät paljon toivomisen varaa. Nykyään langalliset tietoliikennelinjat korvataan nopeasti kaapeliyhteyksillä.
kaapelilinjat ovat melko monimutkaisia rakenteita. Kaapeli koostuu johtimista, jotka on suljettu useisiin eristyskerroksiin: sähköiseen, sähkömagneettiseen, mekaaniseen ja mahdollisesti myös ilmastolliseen. Lisäksi kaapeli voidaan varustaa liittimillä, joiden avulla voit nopeasti liittää siihen erilaisia laitteita. Tietokoneverkoissa käytetään kolmea päätyyppiä kaapeleita: kierretyt kuparikaapelit, kupariydinkoaksiaalikaapelit ja valokuitukaapelit.
Kierrettyä johtoparia kutsutaan kierretty pari. Kierretty pari on olemassa suojatussa versiossa , kun kuparilankapari on kääritty eristävän suojan sisään ja suojaamaton , kun eristävää käärettä ei ole. Johtojen kiertäminen vähentää ulkoisten häiriöiden vaikutusta kaapelin kautta lähetettyihin hyödyllisiin signaaleihin.
Koaksiaalikaapeli on epäsymmetrinen ja koostuu sisemmästä kupariytimestä ja punoksesta, joka on erotettu ytimestä eristekerroksella. On olemassa useita erityyppisiä koaksiaalikaapeleita, jotka eroavat ominaisuuksiltaan ja sovelluksilta - paikallisiin verkkoihin, maailmanlaajuisiin verkkoihin, kaapelitelevisioon jne.
valokuitukaapeli koostuu ohuista kuiduista, joiden läpi valosignaalit etenevät. Tämä on laadukkain kaapelityyppi - se tarjoaa tiedonsiirron erittäin suurella nopeudella (jopa 10 Gb / s ja enemmän) ja suojaa muita siirtovälineitä paremmin ulkoisilta häiriöiltä.
Maanpäällisen ja satelliittiviestinnän radiokanavat radioaaltojen lähettimen ja vastaanottimen tuottama. Erityyppisiä radiokanavia on suuri määrä, ja ne eroavat toisistaan sekä käytetyn taajuusalueen että kanavaalueen osalta. Lyhyiden, keskipitkien ja pitkien aaltojen alueet (KB, SV ja DV), joita kutsutaan myös amplitudimodulaatioalueiksi (Amplitude Modulation, AM) niissä käytetyn signaalimodulaatiomenetelmän mukaan, tarjoavat pitkän matkan tiedonsiirtoa, mutta alhaisella datalla. korko. Nopeampia ovat kanavat, jotka toimivat ultrashort wave (VHF) -alueilla, joille on ominaista taajuusmodulaatio, sekä ultrakorkeat taajuusalueet (mikroaalto- tai mikroaallot).
Mikroaaltoalueella (yli 4 GHz) maapallon ionosfääri ei enää heijasta signaaleja, ja vakaa viestintä edellyttää näköyhteyttä lähettimen ja vastaanottimen välillä. Siksi tällaiset taajuudet käyttävät joko satelliittikanavia tai radiorelekanavia, jos tämä ehto täyttyy.
Lähes kaikki kuvatut fyysiset tiedonsiirtovälineet ovat nykyään käytössä tietokoneverkoissa, mutta lupaavimpia ovat valokuitumediat. Nykyään niille rakennetaan sekä suurten alueverkkojen runkoverkkoja että paikallisten verkkojen nopeita viestintälinjoja.
Suosittu väline on myös kierretty pari, jolle on ominaista erinomainen laadun ja kustannusten suhde sekä helppo asennus. Kierretyn parin avulla verkkojen lopputilaajat yhdistetään yleensä jopa 100 metrin etäisyydellä keskittimestä. Satelliittikanavia ja radioviestintää käytetään useimmiten tapauksissa, joissa kaapeliviestintää ei voida käyttää - esimerkiksi kuljetettaessa kanavaa harvaan asutun alueen kautta tai kommunikoimaan matkaviestinverkon käyttäjän kanssa.
Vaikka tarkastelemmekin yksinkertaisinta vain kahden koneen verkkoa, voidaan nähdä monia minkä tahansa tietokoneverkon ongelmia, mukaan lukien ongelmat liittyvät signaalien fyysiseen siirtoon viestintälinjojen kautta , ilman jonka ratkaisua minkäänlainen yhteys on mahdoton.
Laskennassa dataa käytetään edustamaan binäärikoodi . Tietokoneen sisällä data ykköset ja nollat vastaavat diskreetti sähkö signaaleja. Datan esittämistä sähköisinä tai optisina signaaleina kutsutaan koodauksiksi. . On olemassa useita tapoja koodata binäärinumerot 1 ja 0, esimerkiksi potentiaalia tapa, jolla yksi jännitetaso vastaa yhtä ja toinen jännitetaso vastaa nollaa, tai impulssi menetelmä, jossa lukujen esittämiseen käytetään pulsseja, joilla on eri tai yksi polariteetti.
Samanlaisia lähestymistapoja voidaan käyttää tiedon koodaamiseen ja siirtämiseen kahden tietokoneen välillä viestintälinjojen kautta. Nämä tietoliikennelinjat eroavat kuitenkin sähköisiltä ominaisuuksiltaan tietokoneen sisällä olevista. Suurin ero ulkoisten ja sisäisten viestintälinjojen välillä on niiden paljon pidempi pituus , samoin kuin se, että ne kulkevat suojatun kotelon ulkopuolella tiloissa, joihin kohdistuu usein voimakkaita sähkömagneettisia häiriöitä. Kaikki tämä johtaa suorakaiteen muotoisten pulssien paljon suurempiin vääristymiin (esimerkiksi etuosien "täyttymiseen") kuin tietokoneen sisällä. Siksi pulssien luotettavaa tunnistamista varten viestintälinjan vastaanottopäässä, kun tietoja siirretään tietokoneen sisällä ja sen ulkopuolella, ei aina ole mahdollista käyttää samoja nopeuksia ja koodausmenetelmiä. Esimerkiksi pulssin rintaman hidas nousu johdon suuresta kapasitiivisesta kuormituksesta edellyttää pulssien siirtämistä pienemmällä nopeudella (jotta viereisten pulssien etureunat ja takareunat eivät mene päällekkäin ja pulssilla on aikaa kasvaa vaadittava taso).
Käytetään tietokoneverkoissa diskreetin datan sekä potentiaali- että impulssikoodaus , sekä erityinen tapa esittää tietoja, joita ei koskaan käytetä tietokoneen sisällä - modulaatio(Kuva 3). Moduloinnissa diskreettiä informaatiota edustaa sinimuotoinen signaali, jonka taajuudet olemassa oleva tietoliikennelinja lähettää hyvin.
Potentiaali- tai pulssikoodausta käytetään korkealaatuisilla kanavilla, kun taas sinimuotoista modulaatiota suositellaan, kun kanava aiheuttaa vakavia vääristymiä lähetettyihin signaaleihin. Tyypillisesti modulaatiota käytetään suuralueverkoissa siirrettäessä dataa analogisten puhelinlinkkien kautta, jotka on suunniteltu kuljettamaan ääntä analogisessa muodossa ja jotka eivät siksi sovellu hyvin suoraan pulssien siirtoon.
Käytetään tietojen muuntamiseen lomakkeesta toiseen modeemit. Termi "modeemi" - lyhenne sanoista modulaattori/demodulaattori. Binäärinen nolla muunnetaan esimerkiksi matalataajuiseksi signaaliksi ja yksikkö muunnetaan suurtaajuiseksi signaaliksi. Toisin sanoen muuntamalla dataa modeemi moduloi analogisen signaalin taajuutta (kuva 4).
Myös tietokoneiden välisten tietoliikennelinjojen johtojen määrä vaikuttaa signaalin siirtotapaan.
Tiedonsiirto voi tapahtua rinnakkain (kuva 5) tai peräkkäin (kuva 6).
Verkkojen tietoliikennelinjojen kustannusten alentamiseksi ne pyrkivät yleensä vähentämään johtojen määrää ja tämän vuoksi he eivät käytä yhden tavun tai jopa usean tavun kaikkien bittien rinnakkaissiirtoa, kuten tietokoneen sisällä, vaan sarjamuotoista, bitti bitiltä lähetys, joka vaatii vain yhden johtoparin.
Tietokoneita ja laitteita kytkettäessä käytetään myös kolmea eri tapaa, joita merkitään kolmella eri termillä. Yhteys on: simplex, half duplex ja full duplex(Kuva 7 ).
Yksipuolisen yhteyden sanotaan olevan, kun data liikkuu vain yhteen suuntaan. Puolidupleksiyhteys mahdollistaa tiedon kulkemisen molempiin suuntiin, mutta eri aikoina, ja lopuksi full-duplex-yhteys on, kun data kulkee molempiin suuntiin samanaikaisesti.
Riisi. 7. Esimerkkejä tietovirroista.
Toinen tärkeä käsite on yhteyden vaihto.
Kaikki viestintäverkot tukevat jotakin tapaa vaihtaa tilaajia keskenään. Nämä tilaajat voivat olla etätietokoneita, paikallisverkkoja, fakseja tai yksinkertaisesti keskustelukumppaneita, jotka kommunikoivat puhelimien avulla. On käytännössä mahdotonta tarjota jokaiselle vuorovaikutuksessa olevalle tilaajaparille omaa kytkemätöntä (eli pysyvää yhteyttä) fyysistä viestintälinjaa, jonka he voisivat yksin "omistaa" pitkään. Siksi missä tahansa verkossa käytetään aina jotakin tilaajavaihtomenetelmää, joka varmistaa käytettävissä olevien fyysisten kanavien saatavuuden samanaikaisesti useille verkon tilaajien välisille viestintäistuntoille.
Yhteyden vaihtamisen avulla verkkolaitteistot voivat jakaa saman fyysisen linkin useiden laitteiden välillä. Kaksi päätapaa vaihtaa yhteys ovat: piirikytkentä ja pakettikytkentä.
Piirin kytkentä luo yhden jatkuvan yhteyden kahden verkkolaitteen välille. Kun nämä laitteet kommunikoivat keskenään, mikään muu laite ei voi käyttää tätä yhteyttä siirtääkseen omia tietojaan - sen on pakko odottaa yhteyden vapautumista.
Yksinkertainen esimerkki piirikytkimestä on A-B-tyyppinen kytkin, joka yhdistää kaksi tietokonetta yhteen tulostimeen. Jotta yksi tietokoneista voi tulostaa, käännät kytkimen vaihtokytkintä, mikä muodostaa jatkuvan yhteyden tietokoneen ja tulostimen välille. Muodostetaan point-to-point-yhteys . Kuten kuvasta näkyy, vain yksi tietokone voi tulostaa samanaikaisesti.
Riisi. 6 Kytkentäpiirit
Useimmat nykyaikaiset verkot, mukaan lukien Internet, käyttävät pakettikytkentä. Tällaisissa verkoissa tiedonsiirto-ohjelmat jakavat tiedon osiin, joita kutsutaan paketeiksi. Pakettivälitteisessä verkossa data voi kulkea yhdessä paketissa kerrallaan tai useissa paketeissa. Tiedot saapuvat samaan määränpäähän, vaikka niiden polut voivat olla täysin erilaisia.
Vertaaksemme kahdenlaisia yhteyksiä verkossa, oletetaan, että olemme katkaisseet linkin kummassakin niistä. Esimerkiksi irrottamalla tulostin kuvan 1 hallinnasta. 6 (siirtämällä vipukytkimen asentoon B), olet riistänyt häneltä mahdollisuuden tulostaa. Piirikytkentäinen yhteys vaatii keskeytymättömän tiedonsiirtoyhteyden.
Riisi. 7. Pakettikytkentä
Päinvastoin, data pakettivälitteisessä verkossa voi liikkua eri tavoin. Tämä näkyy kuvassa. 7. Tiedot eivät välttämättä kulje samaa reittiä toimisto- ja kotitietokoneiden välillä, yhden linkin rikkominen ei johda yhteyden katkeamiseen - tiedot yksinkertaisesti menevät toiseen suuntaan. Pakettikytkentäisillä verkoilla on useita vaihtoehtoisia reittejä paketeille.
Pakettikytkentä on tilaajakytkentätekniikka, joka on erityisesti suunniteltu kuljettamaan tietokoneliikennettä tehokkaasti.
Ongelman ydin on siinä liikenteen sykkivä luonne , joka on tyypillisten verkkosovellusten luoma. Esimerkiksi kun käyttäjä käyttää etätiedostopalvelinta, se selaa ensin kyseisen palvelimen hakemiston sisältöä, mikä edellyttää pientä tiedonsiirtoa. Sitten se avaa tarvittavan tiedoston tekstieditorissa, ja tämä toimenpide voi aiheuttaa melko intensiivistä tiedonvaihtoa, varsinkin jos tiedosto sisältää suuria graafisia sulkeumia. Näytettyään useita tiedoston sivuja, käyttäjä työskentelee niiden kanssa paikallisesti jonkin aikaa, mikä ei vaadi lainkaan verkkosiirtoa, ja palauttaa sitten sivujen muokatut kopiot palvelimelle - ja tämä taas synnyttää raskaan verkkotiedonsiirron.
Yksittäisen verkonkäyttäjän liikenteen aaltoilukerroin, joka vastaa tiedonsiirron keskimääräisen intensiteetin suhdetta maksimissaan, voi olla 1:50 tai 1:100. Jos kuvattu istunto järjestää kanavanvaihdon käyttäjän tietokoneen ja palvelimen välillä, kanava on suurimman osan ajasta käyttämättömänä. Samanaikaisesti verkon kytkentäominaisuudet hyödynnetään, eivätkä ne ole muiden verkon käyttäjien käytettävissä.
Pakettikytkennässä kaikki verkon käyttäjän lähettämät viestit hajotetaan lähdesolmussa suhteellisen pieniin osiin, joita kutsutaan paketeiksi. Viesti on loogisesti täytetty tieto - pyyntö siirtää tiedosto, vastaus tähän pyyntöön, joka sisältää koko tiedoston jne.
Viestit voivat olla mielivaltaisen pituisia, muutamasta tavusta useisiin megatavuihin. Sitä vastoin paketit voivat tyypillisesti olla myös vaihtelevan pituisia, mutta kapeita rajoja, kuten 46-1500 tavua. Jokainen paketti on varustettu otsikolla, joka määrittää osoitetiedot, joita tarvitaan paketin toimittamiseen kohdeisännälle, sekä paketin numeron, jota kohdeisäntä käyttää viestin kokoamiseen.
Paketit kuljetetaan verkossa itsenäisinä tietoyksiköinä. Verkkokytkimet vastaanottavat paketteja päätysolmuilta ja lähettävät ne osoitetietojen perusteella toisilleen ja lopulta kohdesolmulle.
Pakettiverkkokytkimet eroavat piirikytkimistä siten, että niissä on sisäinen puskurimuisti pakettien tilapäistä tallennusta varten, jos kytkimen lähtöportti on varattu toisen paketin lähettämisessä paketin vastaanottamishetkellä. Tällöin paketti on jonkin aikaa pakettijonossa lähtöportin puskurimuistissa ja kun se saapuu jonoon, se siirtyy seuraavaan kytkimeen. Tällainen tiedonsiirtomalli mahdollistaa kytkimien välisten runkolinkkien liikenteen aaltoilun tasoittamisen ja siten niiden hyödyntämisen tehokkaimmalla tavalla verkon koko suorituskyvyn lisäämiseen.
Todellakin, tilaajaparille olisi tehokkainta tarjota heille kytketty viestintäkanava heidän yksinomaiseen käyttöönsä, kuten piirikytkentäisissä verkoissa on annettu. Tällä menetelmällä tilaajaparin vuorovaikutusaika olisi minimaalinen, koska data siirtyisi viipymättä tilaajalta toiselle.
Pakettikytkentäinen verkko hidastaa tietyn tilaajaparin vuorovaikutusprosessia. Pakettikytkentätekniikalla verkon lähettämän tietokonedatan kokonaismäärä aikayksikköä kohti on kuitenkin suurempi kuin piirikytkentätekniikalla.
Yleensä, jos tarjottu pääsynopeus on yhtä suuri, pakettikytkentäinen verkko osoittautuu 2-3 kertaa halvemmaksi kuin piirikytkentäinen verkko eli yleinen puhelinverkko.
Jokainen näistä järjestelmistä piirikytkentä (piirikytkentä) tai pakettikytkentä (pakettikytkentä)) on hyvät ja huonot puolensa, mutta monien asiantuntijoiden pitkän aikavälin ennusteiden mukaan tulevaisuus kuuluu pakettikytkentäteknologialle, koska se on joustavampi ja monipuolisempi.
Piirikytkentäiset verkot soveltuvat hyvin vakionopeuksiseen tiedonsiirtoon, kun kytkentäyksikkönä ei ole yksi tavu tai datapaketti, vaan pitkäaikainen synkroninen datavirta kahden tilaajan välillä.
Sekä pakettikytkentäiset verkot että piirikytkentäiset verkot voidaan jakaa kahteen luokkaan eri perusteella - verkot, joissa dynaaminen vaihto ja verkot jatkuva vaihto.
Ensimmäisessä tapauksessa verkko mahdollistaa yhteyden muodostamisen verkon käyttäjän aloitteesta. Vaihto suoritetaan viestintäistunnon ajaksi, ja sitten (jälleen yhden vuorovaikutuksessa olevan käyttäjän aloitteesta) yhteys katkeaa. Yleensä kuka tahansa verkon käyttäjä voi muodostaa yhteyden mihin tahansa muuhun verkon käyttäjään. Tyypillisesti käyttäjäparin välinen yhteysjakso dynaamisen vaihdon aikana vaihtelee useista sekunneista useisiin tunteihin ja päättyy tiettyjen töiden suorittamiseen - tiedoston siirtoon, teksti- tai kuvasivun katseluun jne.
Toisessa tapauksessa verkko ei tarjoa käyttäjälle mahdollisuutta suorittaa dynaamista vaihtoa toisen mielivaltaisen verkon käyttäjän kanssa. Sen sijaan verkko antaa käyttäjäparille mahdollisuuden tilata yhteyden pidemmäksi ajaksi. Yhteyttä eivät muodosta käyttäjät, vaan verkkoa ylläpitävä henkilöstö. Pysyvän vaihdon perustamisaika mitataan yleensä useissa kuukausissa. Aina kytkettyä tilaa piirikytkentäisissä verkoissa kutsutaan usein palveluksi. omistettu tai vuokrattuja kanavia.
Esimerkkejä verkoista, jotka tukevat dynaamista kytkentätilaa, ovat yleiset puhelinverkot, lähiverkot ja Internet.
Jotkin verkkotyypit tukevat molempia toimintatapoja.
Toinen signaloinnissa ratkaistava ongelma on ongelma yhden tietokoneen lähettimen keskinäinen synkronointi toisen vastaanottimen kanssa . Kun moduulien vuorovaikutusta järjestetään tietokoneen sisällä, tämä ongelma ratkaistaan hyvin yksinkertaisesti, koska tässä tapauksessa kaikki moduulit synkronoidaan yhteisestä kellogeneraattorista. Synkronointiongelma tietokoneita kytkettäessä voidaan ratkaista eri tavoin, sekä vaihtamalla erityisiä kellopulsseja erillisen linjan kautta että käyttämällä jaksollista synkronointia ennalta määrättyjen koodien tai pulssien kanssa, joilla on tunnusomainen muoto, joka poikkeaa datapulssien muodosta.
Asynkroninen ja synkroninen lähetys. Kun dataa vaihdetaan fyysisellä kerroksella, tiedon yksikkö on bitti, joten fyysisen kerroksen välineet ylläpitävät aina bittibitiltä synkronoinnin vastaanottimen ja lähettimen välillä.
Jos viestintälinjan laatu on kuitenkin huono (yleensä tämä koskee kytkettyjä puhelinkanavia), otetaan käyttöön lisäkeinoja tavutason synkronointiin laitekustannusten alentamiseksi ja tiedonsiirron luotettavuuden lisäämiseksi.
Tätä toimintatapaa kutsutaan asynkroninen tai start-stop. Toinen syy tämän toimintatavan käyttämiseen on laitteiden läsnäolo, jotka luovat datatavuja satunnaisina aikoina. Näin toimii näytön tai muun päätelaitteen näppäimistö, jolta henkilö syöttää tietoja tietokoneen käsittelyä varten.
Asynkronisessa tilassa jokaiseen datatavuun liittyy erityiset aloitus- ja lopetussignaalit. Näiden signaalien tarkoituksena on ensinnäkin ilmoittaa vastaanottajalle tiedon saapumisesta ja toiseksi antaa vastaanottajalle riittävästi aikaa suorittaa joitakin ajoitukseen liittyviä toimintoja ennen seuraavan tavun saapumista.
Kuvattua moodia kutsutaan asynkroniseksi, koska jokainen tavu voidaan hieman siirtää ajassa suhteessa edellisen tavun bittikohtaisiin sykleihin.
Vastaavien sähkömagneettisten signaalien edustamien binäärisignaalien luotettavan vaihdon tehtävät tietokoneverkoissa ratkaistaan tietyllä laiteluokalla. Paikallisissa verkoissa nämä ovat verkkosovittimia ja globaaleissa verkoissa tiedonsiirtolaitteita, joihin kuuluvat esimerkiksi tarkasteltavat modeemit. Tämä laite koodaa ja dekoodaa jokaisen informaatiobitin, synkronoi sähkömagneettisten signaalien lähetyksen tietoliikennelinjoilla, tarkistaa lähetyksen oikeellisuuden tarkistussummalla ja voi suorittaa joitain muita toimintoja.
Testikysymykset:
3. Mitä tietoliikennelinjoja käytetään tietokoneverkoissa?
4. Mitkä kommunikaatiolinjat ovat lupaavimpia?
5. Miten binäärisignaalit välitetään verkossa? Mikä on modulaatio?
6. Mihin modeemia käytetään?
7. Mitä on sarja- ja rinnakkaistiedonsiirto?
8. Mikä on simplex-, half-duplex- ja full-duplex-yhteys?
9. Mitä on yhteyden vaihto?
10. Mitkä ovat kaksi päätapaa vaihtaa yhteys?
11. Mitä pakettikytkentä on ja mikä on sen etu?
12. Milloin on tarkoituksenmukaista käyttää piirikytkentää?
13. Selitä asynkronisen ja synkronisen tiedonsiirron käsitteet?
Samanlaisia lähestymistapoja voidaan soveltaa tiedon koodaukseen ja siirtoon kahden tietokoneen välillä tietoliikennelinjojen kautta. Nämä tietoliikennelinjat eroavat kuitenkin ominaisuuksiltaan tietokoneen sisällä olevista linjoista. Suurin ero ulkoisten ja sisäisten viestintälinjojen välillä on, että ne ovat paljon pidempiä ja myös se, että ne kulkevat suojatun kotelon ulkopuolella tilojen läpi, joihin kohdistuu usein voimakkaita sähkömagneettisia häiriöitä.
Jaa työ sosiaalisessa mediassa
Jos tämä työ ei sovi sinulle, sivun alareunassa on luettelo vastaavista teoksista. Voit myös käyttää hakupainiketta
Fyysinen tiedonsiirto tietoliikennelinjoja pitkin
Vaikka tarkastellaankin yksinkertaisinta vain kahden koneen verkkoa, monet signaalien fyysiseen siirtoon viestintälinjojen kautta liittyvät ongelmat voidaan tunnistaa.
Koodaus
Laskennassa käytetään binäärikoodia edustamaan dataa. Tietokoneen sisällä erilliset sähköiset signaalit vastaavat datan ykkösiä ja nollia.
Tietojen esittämistä sähköisten tai optisten signaalien muodossa kutsutaan koodaukseksi. ... .
Binäärilukuja voidaan koodata useilla eri tavoilla, esimerkiksi potentiaalitapa, jossa yksi jännitetaso vastaa yhtä ja toinen jännitetaso nollaa, tai pulssitapa, kun eri polariteettipulsseja käytetään lukujen esittämiseen.
Samanlaisia lähestymistapoja voidaan soveltaa tiedon koodaukseen ja siirtoon kahden tietokoneen välillä tietoliikennelinjojen kautta. Nämä tietoliikennelinjat eroavat kuitenkin ominaisuuksiltaan tietokoneen sisällä olevista linjoista. Suurin ero ulkoisten ja sisäisten viestintälinjojen välillä on niiden paljon suurempi pituus sekä se, että ne kulkevat suojatun kotelon ulkopuolella tilojen läpi, jotka ovat usein alttiina voimakkaille sähkömagneettisille häiriöille. Kaikki tämä johtaa huomattavasti suurempiin suorakulmaisten pulssien vääristymiin (esimerkiksi etuosien "täyttymiseen") kuin tietokoneen sisällä. Siksi pulssien luotettavaa tunnistamista varten viestintälinjan vastaanottopäässä, kun tietoja siirretään tietokoneen sisällä ja sen ulkopuolella, ei aina ole mahdollista käyttää samoja nopeuksia ja koodausmenetelmiä. Esimerkiksi pulssin reunan hidas nousu johdon suuresta kapasitiivisesta kuormituksesta edellyttää, että pulssit välitetään pienemmällä nopeudella (jotta viereisten pulssien etureunat ja takareunat eivät mene päällekkäin ja pulssilla on aikaa "kasvaa" vaaditulle tasolle).
Tietokoneverkoissa käytetään sekä diskreetin datan potentiaali- että impulssikoodausta sekä tiettyä tapaa esittää dataa, jota ei koskaan käytetä tietokoneen sisällä - modulaatiota (kuva 2.6). Moduloinnissa diskreettiä informaatiota edustaa sinimuotoinen signaali, jonka taajuudet olemassa oleva tietoliikennelinja lähettää hyvin.
Potentiaali- tai pulssikoodausta käytetään korkealaatuisilla kanavilla, ja sinimuotoisiin signaaleihin perustuva modulaatio on parempi, kun kanava aiheuttaa vakavia vääristymiä lähetetyissä signaaleissa. Modulaatiota käytetään esimerkiksi suuralueverkoissa siirrettäessä dataa analogisten puhelinpiirien kautta, jotka on suunniteltu siirtämään ääntä analogisessa muodossa ja jotka eivät siksi sovellu hyvin impulssien suoraan siirtoon.
Signaalin siirtotapaan vaikuttaa myös tietokoneiden välisten tietoliikennelinjojen johtojen määrä. Verkkojen tietoliikennelinjojen kustannusten alentamiseksi ne pyrkivät yleensä vähentämään johtojen määrää ja tämän vuoksi he eivät käytä yhden tavun tai jopa usean tavun kaikkien bittien rinnakkaissiirtoa, kuten tietokoneen sisällä, vaan sarjabittiä. -bittilähetys, joka vaatii vain yhden johtoparin.
Toinen ongelma, joka on ratkaistava signaalinsiirrossa, on yhden tietokoneen lähettimen ja toisen vastaanottimen keskinäisen synkronoinnin ongelma. Kun moduulien vuorovaikutusta järjestetään tietokoneen sisällä, tämä ongelma ratkaistaan hyvin yksinkertaisesti, koska tässä tapauksessa kaikki moduulit synkronoidaan yhteisestä kellogeneraattorista. Synkronointiongelma tietokoneita kytkettäessä voidaan ratkaista eri tavoin, sekä vaihtamalla erityisiä kellopulsseja erillisen linjan yli että synkronoimalla ajoittain ennalta määrättyjen koodien tai pulssien kanssa, joilla on tunnusomainen muoto, joka poikkeaa datapulssien muodosta.
Huolimatta toteutetuista toimenpiteistä (sopivan tiedonsiirtonopeuden valitseminen, tietyt ominaisuudet omaavat tietoliikennelinjat, menetelmä vastaanottimen ja lähettimen synkronoimiseksi) on mahdollista vääristää joitain lähetetyn datan bittejä. Tietokoneiden välisen tiedonsiirron luotettavuuden parantamiseksi käytetään usein standarditekniikkaa - tarkistussummalaskentaa ja tiedonsiirtolinjojen kautta jokaisen tavun tai tietyn tavulohkon jälkeen. Usein tiedonsiirtoprotokollassa on pakollisena elementtinä signaali-vastaanotto, joka vahvistaa tiedon vastaanoton oikeellisuuden ja lähetetään vastaanottajalta lähettäjälle.
Fyysisten kanavien ominaisuudet
Liikenteen siirtoon fyysisiä kanavia pitkin liittyy suuri joukko ominaisuuksia. Niiden kanssa, joita tarvitsemme lähitulevaisuudessa, tutustumme nyt.
on datavirta, joka tulee käyttäjältä verkkotuloon. Ehdotettua kuormaa voidaan luonnehtia verkkoon saapuvan tiedon nopeudella - bitteinä sekunnissa (tai kilobitteinä, megabiteinä jne.).Siirtonopeus
(informaationopeus tai läpimenokyky, molempia englanninkielisiä termejä käytetään yhtä paljon) on verkon läpi kulkeneen tietovirran todellinen nopeus. Tämä nopeus voi olla pienempi kuin ehdotettu latausnopeus, koska tiedot voivat vioittua tai kadota verkossa.Linkin kapasiteetti (kutsutaan myös suorituskyvyksi)
, edustaa suurinta mahdollista tiedonsiirtonopeutta kanavalla.Tämän ominaisuuden erityispiirre on, että se ei heijasta vain fyysisen siirtovälineen parametreja, vaan myös valitun menetelmän ominaisuuksia diskreetin tiedon lähettämiseksi tämän välineen kautta.
Esimerkiksi Ethernet-verkon viestintäkanavan kapasiteetti optisessa kuidussa on 10 Mbps. Tämä nopeus on suurin mahdollinen Ethernet-tekniikan ja optisen kuidun yhdistelmälle. Samalle optiselle kuidulle on kuitenkin mahdollista kehittää toinen tiedonsiirtotekniikka, joka eroaa datan koodausmenetelmässä, kellotaajuudessa ja muissa parametreissä ja jolla on erilainen kapasiteetti. Siten Fast Ethernet -tekniikka tarjoaa tiedonsiirron saman optisen kuidun kautta enintään 100 Mbps:n nopeudella ja Gigabit Ethernet -tekniikka - 1000 Mbps. Viestintälaitteen lähettimen on toimittava nopeudella, joka vastaa kanavan kaistanleveyttä. Tämä nopeus on joskus
kutsutaan lähettimen bittinopeudeksi.Kaistanleveys
- Tämä termi voi olla harhaanjohtava, koska sitä käytetään kahdessa eri merkityksessä.Ensinnäkin , sen avulla voi karakterisoida lähetysvälinettä. Tässä tapauksessa se tarkoittaa linjan kaistanleveyttä lähettää ilman merkittäviä vääristymiä. Tämän määritelmän perusteella termin alkuperä on selvä.
toiseksi , termiä "kaistanleveys" käytetään synonyyminä termille "viestintäkanavan kapasiteetti". Ensimmäisessä tapauksessa kaistanleveys mitataan hertseinä (Hz), toisessa - bitteinä sekunnissa. On välttämätöntä erottaa tämän termin merkitykset kontekstin mukaan, vaikka joskus se on melko vaikeaa. Tietysti olisi parempi käyttää eri termejä eri ominaisuuksille, mutta on perinteitä, joita on vaikea muuttaa. Tämä termin "kaistanleveys" kaksoiskäyttö on jo päässyt moniin standardeihin ja kirjoihin, joten noudatamme vakiintunutta lähestymistapaa.
On myös pidettävä mielessä, että tämä termi toisessa merkityksessään on jopa yleisempi kuin kapasiteetti, joten näistä kahdesta synonyymistä käytämme kaistanleveyttä.
Toinen viestintäkanavan ominaisuuksien ryhmä liittyy mahdollisuuteen lähettää tietoa kanavan yli yhteen tai molempiin suuntiin.
Kun kaksi tietokonetta ovat vuorovaikutuksessa, on yleensä siirrettävä tietoa molempiin suuntiin, tietokoneesta A tietokoneeseen B ja päinvastoin. Jopa silloin, kun käyttäjä näyttää, että hän vain vastaanottaa tietoa (esimerkiksi lataa musiikkitiedostoa Internetistä) tai lähettää (lähettää sähköpostia), tiedonvaihto tapahtuu kahteen suuntaan. On yksinkertaisesti päävirta, joka kiinnostaa käyttäjää, ja apuvirta vastakkaiseen suuntaan, jotka muodostavat kuitit näiden tietojen vastaanottamisesta.
Fyysiset viestintäkanavat jaetaan useisiin tyyppeihin sen mukaan, pystyvätkö ne välittämään tietoa molempiin suuntiin vai eivät.
duplex-kanava
tarjoaa samanaikaisen tiedonsiirron molempiin suuntiin. Duplex-kanava voi koostua kahdesta fyysisestä mediasta, joista kutakin käytetään kuljettamaan tietoa vain yhteen suuntaan. On mahdollista, että yhtä välinettä käytetään samanaikaisesti tulevien virtojen lähettämiseen, jolloin käytetään lisämenetelmiä kunkin virtauksen erottamiseksi kokonaissignaalista.Half duplex kanava
varmistaa myös tiedon siirron molempiin suuntiin, mutta ei samanaikaisesti, vaan vuorotellen. Toisin sanoen tietyn ajanjakson aikana informaatiota siirretään yhteen suuntaan ja seuraavan jakson aikana - vastakkaiseen suuntaan.Yksinkertainen kanava
mahdollistaa tiedon siirron vain yhteen suuntaan. Usein duplex-kanava koostuu kahdesta simpleksikanavasta.Viestintälinjat
Verkkoja rakennettaessa käytetään tietoliikennelinjoja, jotka käyttävät erilaisia fyysisiä välineitä: ilmaan ripustettuja puhelin- ja lennätinjohtoja, kuparisia koaksiaali- ja valokuitukaapeleita, jotka on asetettu maan alle ja merenpohjaan, sotkeen yhteen kaikki nykyaikaiset toimistot, kuparisia kierrettyjä pareja, kaikkia läpäiseviä radioaaltoja.
Harkitse viestintälinjojen yleisiä ominaisuuksia, jotka eivät riipu niiden fyysisestä luonteesta, kuten
Kaistanleveys,
läpimeno,
Melusieto ja
Vaihteiston luotettavuus.
Viivan leveys lähetys on viestintäkanavan perusominaisuus, koska se määrittää kanavan suurimman mahdollisen informaationopeuden, jokajota kutsutaan kanavan kaistanleveydeksi.
Nyquistin kaava ilmaisee tämän riippuvuuden ihanteelliselle kanavalle, ja Shannonin kaava ottaa huomioon kohinan esiintymisen todellisessa kanavassa.
Viestintälinjojen luokitus
Kuvattaessa teknistä järjestelmää, joka välittää tietoa verkkosolmujen välillä, kirjallisuudesta löytyy useita nimiä:
viestintälinja,
komposiittikanava,
kanava,
Linkki.
Usein näitä termejä käytetään vaihtokelpoisina, ja monissa tapauksissa tämä ei aiheuta ongelmia. Samalla niiden käytössä on erityispiirteitä.
Linkki (linkki) on segmentti, joka tarjoaa tiedonsiirron kahden vierekkäisen verkkosolmun välillä. Eli linkki ei sisällä välikytkentä- ja multipleksointilaitteita.
kanava tarkoittavat useimmiten sitä osaa linkin kaistanleveydestä, jota käytetään itsenäisesti vaihdossa. Esimerkiksi ensisijainen verkkolinkki voi koostua 30 kanavasta, joista jokaisen kaistanleveys on 64 Kbps.
Komposiittikanava (piiri)
on polku verkon kahden päätesolmun välillä. Yhdistelmälinkki muodostuu yksittäisistä välilinkkilinkeistä ja kytkimien sisäisistä liitännöistä. Usein epiteetti "komposiitti" jätetään pois ja termiä "kanava" käytetään tarkoittamaan sekä yhdistelmäkanavaa että kanavaa vierekkäisten solmujen välillä, eli linkin sisällä.Viestintälinja voidaan käyttää synonyyminä mille tahansa muulle kolmelle termille.
Älä ole liian ankara terminologian sekaannuksille. Tämä pätee erityisesti terminologian eroihin perinteisen puhelimen ja uudemman tietokoneverkon alan välillä. Lähentymisprosessi vain pahensi terminologian ongelmaa, koska monet näiden verkostojen mekanismeista yleistyivät, mutta säilyttivät pari (joskus enemmän) nimeä, jotka tulivat jokaiselta alueelta.
Lisäksi termien epäselvälle ymmärtämiselle on objektiivisia syitä. Kuvassa 8.1 näyttää kaksi vaihtoehtoa viestintälinjalle. Ensimmäisessä tapauksessa (kuva 8.1, a) johto koostuu useiden kymmenien metrien pituisesta kaapelisegmentistä ja on linkki.
Toisessa tapauksessa (kuva 8.1, b) tietoliikennelinja on yhdistelmäkanava, joka on sijoitettu piirikytkentäiseen verkkoon. Tällainen verkko voi olla ensisijainen verkko tai puhelinverkko.
Tietokoneverkossa tämä linja on kuitenkin linkki, koska se yhdistää kaksi naapurisolmua ja kaikki kytkentävälilaitteet ovat läpinäkyviä näille solmuille. Syy keskinäiseen väärinkäsitykseen tietokoneasiantuntijoiden ja ensisijaisten verkkojen asiantuntijoiden ehtojen tasolla on ilmeinen tässä.
Ensisijaiset verkot on erityisesti luotu tarjoamaan datalinkkipalveluita tietokone- ja puhelinverkoille, joiden sanotaan tällaisissa tapauksissa toimivan ensisijaisten verkkojen "päällä" ja ovat overlay-verkkoja.
Viestintälinjan ominaisuudet
Sinun ja minun on ymmärrettävä sellaiset käsitteet kuin: harmoniset, signaalin spektrihajoaminen (spektri),
signaalin spektrin leveys, Fourier-kaavat, ulkoinen kohina, sisäinenhäiriö, tai häiriö, signaalin vaimennus, spesifinen vaimennus, ikkunaläpinäkyvyys, absoluuttinen tehotaso, suhteellinen taso
teho, vastaanottimen herkkyyskynnys, aaltoimpedanssi,
linjan melunsieto, sähköliitäntä, magneettiliitäntä,
indusoitu signaali, lähipään ylikuuluminen, ylikuuluminen
häiriöt etäpäässä, kaapelin turvallisuus, lähetyksen luotettavuus
data, bittivirhesuhde, kaistanleveys, suorituskyky
kyky, fyysinen tai lineaarinen, koodaus, kantoaaltosignaali,
kantoaaltotaajuus, modulaatio, kello, baudi.
Aloitetaan.
Viestintälinjojen signaalien spektrianalyysi
Tärkeä rooli tietoliikennelinjojen parametrien määrittämisessä on tämän linjan kautta lähetettävän signaalin spektrihajotelma. Harmonisen analyysin teoriasta tiedetään, että mikä tahansa jaksollinen prosessi voidaan esittää eri taajuuksien ja eri amplitudien sinivärähtelyjen summana (kuva 8.3).
Jokaista siniaallon komponenttia kutsutaan myös harmoniseksi ja kaikkien harmonisten joukoksi
Moniksia kutsutaan alkuperäisen signaalin spektrihajotukseksi tai spektriksi.
Signaalispektrin leveys ymmärretään erotuksena alkuperäisen signaalin summaavien siniaaltojen joukon maksimi- ja minimitaajuuksien välillä.
Ei-jaksolliset signaalit voidaan esittää sinimuotoisten signaalien integraalina, jolla on jatkuva taajuusspektri. Erityisesti ideaalipulssin (yksikköteho ja nollakesto) spektrihajotelmassa on komponentteja koko taajuusspektristä -oo:sta +oo:hon (kuva 8.4).
Tekniikka minkä tahansa lähdesignaalin spektrin löytämiseksi tunnetaan hyvin. Joillekin analyyttisesti kuvatuille signaaleille (esimerkiksi saman keston ja amplitudin omaavien suorakaiteen muotoisten pulssien sarjalle) spektri on helppo laskea
Fourier-kaavat.Käytännössä kohdattuille mielivaltaisille aaltomuotosignaaleille spektri voidaan löytää erikoislaitteilla - spektrianalysaattoreilla, jotka mittaavat todellisen signaalin spektrin ja näyttävät harmonisten komponenttien amplitudit näytöllä, tulostavat ne tulostimelle tai siirtävät ne tietokone käsittelyä ja säilytystä varten.
Minkä tahansa taajuuden siniaallon siirtolinjan aiheuttama vääristymä johtaa lopulta kaikenlaisen lähetetyn signaalin amplitudin ja muodon vääristymiseen. Muotovääristymää esiintyy, kun eri taajuuksilla olevat sinimuodot vääristyvät eri tavalla.
Jos tämä on analoginen signaali, joka välittää puhetta, äänen sointi muuttuu yliäänien - sivutaajuuksien - vääristymisen vuoksi. Lähetettäessä tietokoneverkoille tyypillisiä impulssisignaaleja matalataajuiset ja korkeataajuiset harmoniset säröytyvät, minkä seurauksena pulssirintamat menettävät suorakulmaisen muotonsa (kuva 8.5) ja signaalit voivat olla huonosti tunnistettavissa linjan vastaanottopäässä. .
Lähetetyt signaalit ovat vääristyneitä tietoliikennelinjojen epätäydellisyyden vuoksi. Ihanteellisella siirtovälineellä, joka ei aiheuta häiriöitä lähetettävään signaaliin, tulisi olla vähintään nollaresistanssi, kapasitanssi ja induktanssi. Käytännössä esim. kuparilangat edustavat kuitenkin aina jotakin aktiivisten resistanssien, kapasitiivisten ja induktiivisten kuormien yhdistelmää, joka jakautuu pituudelle (kuva 8.6). Seurauksena on, että eri taajuuksilla olevat sinusoidit lähetetään näillä linjoilla eri tavoin.
Viestintälinjan ei-ihanteellisista fyysisistä parametreista johtuvien signaalivääristymien lisäksi on myös ulkoisia häiriöitä, jotka vaikuttavat linjan lähdön aaltomuodon vääristymiseen. Näitä häiriöitä aiheuttavat erilaiset sähkömoottorit, elektroniset laitteet, ilmakehäilmiöt jne. Huolimatta kaapelinkehittäjien toteuttamista suojatoimenpiteistä ja vahvistin- ja kytkentälaitteiden saatavuudesta, ulkoisten häiriöiden vaikutusta ei voida täysin kompensoida. Kaapelissa olevien ulkoisten häiriöiden lisäksi on myös sisäisiä häiriöitä - niin sanottuja häiriöitä johdinparista toiseen. Tämän seurauksena viestintälinjan lähdössä olevat signaalit voivaton vääristynyt (kuten kuvassa 8.5).
Vaimennus ja impedanssi
Viestintälinjojen sinimuotoisten signaalien vääristymisen aste arvioidaan sellaisilla ominaisuuksilla kuin vaimennus ja kaistanleveys. Vaimennus osoittaa, kuinka paljon sinimuotoisen referenssisignaalin teho tietoliikennelinjan lähdössä pienenee suhteessa signaalin tehoon tämän linjan sisääntulossa. Vaimennus (A) mitataan yleensä desibeleinä (dB) ja lasketaan seuraavalla kaavalla:
Tässä Pout on signaalin teho linjalähdössä, Pin on signaaliteho linjatulossa. Koska vaimennus riippuu tietoliikennelinjan pituudesta, viestintälinjan ominaisuutena käytetään seuraavaa:kutsutaan lineaariseksi vaimennuksena, eli vaimennus tietyn pituisella tietoliikennelinjalla. LAN-kaapeleille käytetään yleensä 100 m pituutta, koska tämä arvo on useiden LAN-tekniikoiden suurin kaapelin pituus. Alueellisilla tietoliikennelinjoilla ominaisvaimennus mitataan 1 km:n etäisyydeltä.
Yleensä vaimennus luonnehtii viestintälinjan passiivisia osia, jotka koostuvat kaapeleista ja poikkileikkauksista, ilman vahvistimia ja regeneraattoreita.
Koska kaapelin ilman välivahvistimia lähtöteho on pienempi kuin tulosignaalin teho, kaapelin vaimennus on aina negatiivinen arvo.
Sinimuotoisen signaalin tehon vaimennusaste riippuu sinisignaalin taajuudesta, ja tätä riippuvuutta käytetään myös viestintälinjan karakterisoinnissa (kuva 8.7).
Useimmiten viestintälinjan parametreja kuvattaessa vaimennusarvot annetaan vain muutamille taajuuksille. Tämä selittyy toisaalta halulla yksinkertaistaa mittauksia linjan laatua tarkistettaessa. Toisaalta käytännössä usein tiedetään etukäteen lähetettävän signaalin perustaajuus, eli se taajuus, jonka harmonisella on suurin amplitudi ja teho. Siksi riittää, että tunnetaan vaimennus tällä taajuudella, jotta voidaan arvioida likimääräisesti linjan yli lähetettyjen signaalien vääristymä.
HUOMIO
Kuten edellä mainittiin, vaimennus on aina negatiivinen, mutta miinusmerkki jätetään usein pois, mikä aiheuttaa joskus sekaannusta. On täysin oikein sanoa, että viestintälinjan laatu on sitä suurempi, mitä suurempi (merkki huomioiden) vaimennus. Jos jätämme etumerkin huomiotta, eli pidämme mielessä vaimennuksen itseisarvon, niin paremmalla viivalla on vähemmän vaimennusta. Otetaan esimerkki. Rakennusten sisäjohdotuksessa käytetään luokan 5 kierrettyä parikaapelia. Tämän käytännössä kaikkia LAN-tekniikoita tukevan kaapelin vaimennus on vähintään -23,6 dB taajuudella 100 MHz kaapelin pituuden ollessa 100 m. b on vaimennus 100 MHz taajuudella vähintään -20,6 dB. Saamme sen - 20,6 > -23,6, mutta 20,6< 23,6.
Kuvassa Kuva 8.8 näyttää tyypillisen vaimennuksen vs. taajuuden kategorian 5 ja kategorian 6 UTP-kaapeleille.
Optisella kaapelilla on huomattavasti pienemmät (absoluuttisesti mitattuna) vaimennusarvot, yleensä välillä -0,2 - -3 dB kaapelin pituuden ollessa 1000 m, mikä tarkoittaa, että se on laadukkaampaa kuin kierretty parikaapeli. Lähes kaikilla optisilla kuiduilla on vaimennuksen monimutkainen aallonpituusriippuvuus, jossa on kolme ns. läpinäkyvyysikkunaa. Kuvassa Kuvassa 8.9 on tyypillinen optisen kuidun vaimennuskäyrä. Kuvasta näkyy, että nykyaikaisten kuitujen tehokas käyttöalue rajoittuu aallonpituuksiin 850 nm, 1300 nm ja 1550 nm (vastaavasti 35 THz, 23 THz ja 19,4 THz). 1550 nm:n ikkuna tarjoaa pienimmän häviön ja siten suurimman kantaman kiinteällä lähetinteholla ja kiinteällä vastaanottimen herkkyydellä
Signaalitehon ominaisuutena absoluuttinen ja suhteellinen
suhteelliset tehotasot. Absoluuttinen tehotaso mitataan
wattia, suhteellinen tehotaso, kuten vaimennus, mitataan desi-
belah. Samalla tehon perusarvona, johon suhteutettuna
signaalin teho mitataan, arvoksi otetaan 1 mW. Täten,
suhteellinen tehotaso p lasketaan seuraavalla kaavalla:
Tässä P on absoluuttinen signaaliteho milliwatteina ja dBm on yksikkö
reniumin suhteellinen tehotaso (desibeli per 1 mW). suhteellinen
tehoarvoja on kätevä käyttää energiabudjettia laskettaessa
ja viestintälinjoja.
Laskennan äärimmäinen yksinkertaisuus tuli mahdolliseksi, koska as
alkutiedoissa käytettiin syöttötehon suhteellisia arvoja
tulo- ja lähtösignaalit. Esimerkissä käytettyä arvoa y kutsutaan
vastaanottimen herkkyyskynnys ja edustaa minimitehoa
signaali vastaanottimen sisäänmenoon, josta se pystyy paikantamaan oikein
tietää signaalin sisältämät diskreetit tiedot. On selvää, että varten
viestintälinjan normaali toiminta, on välttämätöntä, että vähimmäisteho
Lähettimen signaali, jopa viestintälinjan vaimennuksen heikentämä, ylittyi
vastaanottimen herkkyyskynnys: x - A > y. Tämän ehdon tarkistaminen ja on
on rivin energiabudjetin laskemisen ydin.
Tärkeä kupariviestintälinjan parametri on sen impedanssi,
joka on kokonaisvastus, joka kohtaa
tietyn taajuuden sähkömagneettinen aalto, kun se etenee sitä pitkin
syntyperäinen ketju. Ominainen impedanssi mitataan ohmeina ja riippuu siitä
tietoliikennelinjan parametrit, kuten aktiivinen vastus, lineaarinen induktanssi
ja lineaarinen kapasitanssi sekä itse signaalin taajuudet. Lähtövastus
Lähettimen lähtö on sovitettava linjaimpedanssiin,
muuten signaalin vaimennus on liian suuri.
Melunsieto ja luotettavuus
Linjan häiriönkestävyys, kuten nimestä voi päätellä, määrittää linjan kyvyn kestää ulkoiseen ympäristöön tai itse kaapelin sisäisiin johtimiin syntyvien häiriöiden vaikutusta. Linjan melunsieto riippuu käytetyn fyysisen väliaineen tyypistä sekä itse linjan suoja- ja kohinanvaimennusvälineistä. Vähiten kohinaa kestävät ovat radiolinjat, kaapelilinjoilla on hyvä vakaus ja kuituoptisilla linjoilla, jotka eivät ole herkkiä ulkoiselle sähkömagneettiselle säteilylle, on erinomainen stabiilisuus. Tyypillisesti johtimet on suojattu ja/tai kierretty ulkoisten sähkömagneettisten kenttien aiheuttamien häiriöiden vähentämiseksi.
Sähköinen ja magneettinen kytkentä ovat kuparikaapelin parametreja, jotka ovat myös seurausta häiriöistä. Sähkökytkentä määritellään vaikutuspiirissä olevan indusoidun virran ja vaikutuspiirissä vaikuttavan jännitteen suhteeksi. Magneettinen kytkentä on vaikutuspiirissä indusoidun sähkömotorisen voiman suhde häiriön piirissä olevaan virtaan. Sähköisen ja magneettisen kytkennän tulos on indusoituneita signaaleja (pickup) kyseisessä piirissä. On olemassa useita erilaisia parametreja, jotka luonnehtivat kaapelin vastuskykyä poimiville.
Ylikuuluminen lähipäässä (Near End Cross Talk, NEXT) määrittää kaapelin vakauden siinä tapauksessa, että häiriö syntyy signaalin vaikutuksesta, jonka lähetti lähetin, joka on liitetty johonkin viereisistä pareista samalla. kaapelin pää, joka on kytketty asianomaiseen pariliitettyyn vastaanottimeen (kuva 8.10). NEXT desibeleinä ilmaistuna on 10 lg Pout/Pind> missä Pout on lähtösignaalin teho, Pind on indusoidun signaalin teho.
Mitä pienempi NEXT-arvo, sitä parempi kaapeli. Esimerkiksi kategorian 5 kierretylle parille NEXT:n tulee olla alle -27 dB 100 MHz:ssä.
Ylikuuluminen etäpäässä (Far End Cross Talk, FEXT) antaa sinun arvioida kaapelin kestävyyttä häiriöille siinä tapauksessa, että lähetin ja vastaanotin on kytketty kaapelin eri päihin. Ilmeisesti tämän indikaattorin tulisi olla parempi kuin NEXT, koska signaali saapuu kaapelin kauimpään päähän kunkin parin vaimennuksen vaimentamana.
NEXT- ja FEXT-ilmaisimia käytetään yleensä useista kierretyistä pareista koostuvaan kaapeliin, koska tällöin parin keskinäinen häiriö toisen kanssa voi saavuttaa merkittäviä arvoja. Yhdelle koaksiaalikaapelille (eli joka koostuu yhdestä suojatusta ytimestä) tämä osoitin ei ole järkevä, ja kaksoiskoaksiaalikaapelille sitä ei myöskään voida soveltaa kunkin sydämen korkean suojaustason vuoksi. Optiset kuidut eivät myöskään aiheuta havaittavia keskinäisiä häiriöitä.
Koska joissakin uusissa teknologioissa dataa siirretään samanaikaisesti useiden kierrettyjen parien kautta, PS (PowerSUM - yhdistetty ylikuuluminen) -etuliitteellä varustetut ylikuulumisilmaisimet, kuten PS NEXT ja PS FEXT, ovat viime aikoina tulleet käyttöön. Nämä ilmaisimet heijastavat kaapelin vastusta ylikuulumisen kokonaistehoon yhdessä kaapeliparista kaikista muista lähetyspareista (kuva 8.11).
Toinen käytännössä tärkeä indikaattori on kaapelin turvallisuus (Attenuation/Crosstalk Ratio, ACR). Turvallisuus määritellään hyödyllisen signaalin ja häiriön tasojen väliseksi eroksi. Mitä korkeampi kaapelin suojausarvo on, sitä korkeampi on Shannonin kaavan mukaan mahdollisesti suurempi
nopeus voi siirtää tietoja, mutta tämä kaapeli. Kuvassa 8.12 esittää tyypillisen ominaisuuden suojaamattoman kierretyn parikaapelin kaapelin turvallisuuden riippuvuudesta signaalitaajuudesta.
Tiedonsiirron luotettavuus luonnehtii kunkin lähetetyn databitin vääristymisen todennäköisyyttä. Joskus samaa ilmaisinta kutsutaan bittivirhesuhteeksi (Bit Error Rate, BER). Tietoliikennelinjojen BER-arvo ilman lisävirhesuojausta (esimerkiksi itsekorjaavat koodit tai protokollat vääristyneiden kehysten uudelleenlähetyksellä) on yleensä 10-4-10-6, kuituoptisissa tietoliikennelinjoissa - 10~9. Tiedonsiirron luotettavuuden arvo, esimerkiksi 10-4, osoittaa, että keskimäärin 10 000 bitistä yhden bitin arvo on vääristynyt.
Rajataajuuksina pidetään usein taajuuksia, joilla lähtösignaalin teho puolitetaan tulosignaaliin nähden, mikä vastaa -3 dB:n vaimennusta. Kuten alla nähdään, kaistanleveys vaikuttaa suurimmassa määrin tiedonsiirtolinjan yli tapahtuvan tiedonsiirron maksiminopeuteen. Kaistanleveys riippuu linjan tyypistä ja sen pituudesta. Kuvassa 8.13 näyttää erityyppisten tietoliikennelinjojen kaistanleveydet sekä viestintätekniikassa yleisimmin käytetyt taajuusalueet
Esimerkiksi, koska digitaalisille linjoille määritellään aina fyysisen kerroksen protokolla, joka määrittää tiedonsiirron bittinopeuden, kaistanleveys on aina tiedossa - 64 Kbps, 2 Mbps jne.
Niissä tapauksissa, kun on vain tarpeen valita, mitä monista olemassa olevista protokollista käytetään tietyllä linjalla, linjan muut ominaisuudet, kuten kaistanleveys, ylikuuluminen, kohinansieto jne., ovat erittäin tärkeitä.
Kaistanleveys, kuten tiedonsiirtonopeus, mitataan bitteinä sekunnissa (bps) sekä johdetuissa yksiköissä, kuten kilobitteinä sekunnissa (Kbps) jne.
Viestintälinjojen ja tietoliikenneverkkolaitteiden kaistanleveys on tra-
Se mitataan perinteisesti bitteinä sekunnissa, ei tavuina sekunnissa. Tämä johtuu siitä, ettäverkoissa olevat tiedot siirretään peräkkäin, eli bitti kerrallaan, ei rinnakkain, tavuja, kuten tapahtuu tietokoneen sisällä olevien laitteiden välillä. Nämä mittayksikötKuten kilobitti, megabitti tai gigabitti, verkkoteknologioissa vastaavat tiukasti 10:n tehoja(eli kilobitti on 1000 bittiä ja megabitti 1 000 000 bittiä), kuten on tapana kaikissa
tieteen ja teknologian aloja, eikä kahden lähellä näitä lukuja, kuten on tapanaohjelmoinnissa, jossa etuliite "kilo" on 210 = 1024 ja "mega" on 220 = 1 048 576.
Viestintälinjan suorituskyky ei riipu pelkästään sen ominaisuuksista, kuten
sekä vaimennus että kaistanleveys, mutta myös lähetettyjen signaalien spektri.
Jos signaalin merkitsevät harmoniset (eli ne harmoniset, joiden amplitudit
muodostavat pääosan tuloksena olevasta signaalista) putoavat päästökaistalle
linja, niin tällainen signaali lähetetään hyvin tällä viestintälinjalla,
ja vastaanottaja pystyy tunnistamaan oikein lähettämän tiedon
lähetin (kuva 8.14, a). Jos merkittävät harmoniset ylittävät
viestintälinjan kaistanleveys, niin signaali vääristyy merkittävästi -
Xia ja vastaanotin erehtyvät tunnistaessaan tietoa (Kuva 8.14, b).
Bitit ja baudit
Menetelmän valinta diskreetin informaation esittämiseksi antaman signaalin muodossa
Tietoliikennelinjalle lähetettyä koodausta kutsutaan fyysiseksi tai lineaariseksi koodaukseksi.
Signaalien spektri riippuu valitusta koodausmenetelmästä ja vastaavasti
linjan kapasiteetti.
Siten yhtä koodausmenetelmää varten rivillä voi olla yksi
läpäisykyky ja toiselle toinen. Esimerkiksi kierretty parikaapeli
rii 3 voi lähettää dataa 10 Mbps:n kaistanleveydellä riidan kanssa
fyysisen kerroksen standardin 10VaBe-T ja 33 Mbit/s koodaus, joka mahdollistaa
100Base-T4-standardikoodaus.
Informaatioteorian peruspostulaatin mukaan mikä tahansa havaittavissa oleva ennakoimaton muutos vastaanotetussa signaalissa kuljettaa tietoa. Tästä seuraa siissinimuotoinen, jossa amplitudi, vaihe ja taajuus pysyvät muuttumattomina, tiedot eivät olekantaa, koska signaalin muutos, vaikka se tapahtuu, on täysin ennustettavissa. Samoin tietokoneen kelloväylän pulssit eivät kuljeta tietoa,koska niiden muutokset ovat myös ajallisesti vakioita. Mutta dataväylän pulsseja ei voida ennustaa etukäteen, tämä tekee niistä informatiivisia, ne kuljettavat tietoa
tietokoneen yksittäisten lohkojen tai laitteiden välillä.
Useimmissa koodausmenetelmissä käytetään jaksollisen signaalin jonkin parametrin muutosta - siniaallon taajuutta, amplitudia ja vaihetta tai pulssijonon potentiaalin etumerkkiä. Jaksottaista signaalia, jonka parametrit voivat muuttua, kutsutaan kantoaaltosignaaliksi ja sen taajuutta, jos signaali on sinimuotoinen, kutsutaan kantoaaltotaajuudeksi. Prosessia, jossa kantoaaltosignaalin parametrit muutetaan lähetetyn tiedon mukaisesti, kutsutaan modulaatioksi.
Jos signaali muuttuu siten, että vain kaksi sen tilaa voidaan erottaa, niin mikä tahansa muutos siinä vastaa pienintä informaatioyksikköä - bittiä. Jos signaalilla voi olla enemmän kuin kaksi erotettavissa olevaa tilaa, niin mikä tahansa muutos siinä kuljettaa useita bittejä informaatiota.
Diskreetin tiedon siirto tietoliikenneverkoissa tapahtuu kellotettuna, eli signaali muuttuu kiinteällä aikavälillä, jota kutsutaan tahdoksi. Tiedon vastaanottaja katsoo, että jokaisen jakson alussa sen sisääntuloon saapuu uutta tietoa. Tässä tapauksessa, riippumatta siitä, toistaako signaali edellisen jakson tilaa vai onko sillä eri tila kuin edellisellä, vastaanotin vastaanottaa uutta tietoa lähettimeltä. Jos sykli on esimerkiksi 0,3 s ja signaalilla on kaksi tilaa ja 1 on koodattu 5 voltin potentiaalilla, niin 5 voltin signaalin läsnäolo vastaanottimen sisäänmenossa 3 sekunnin ajan tarkoittaa binääriluvun edustaman tiedon vastaanottamista. 1111111111.
Kantoaallon jaksollisen signaalin informaatioparametrin muutosten lukumäärä sekunnissa mitataan baudeina. Yksi baudi vastaa yhtä dataparametrin muutosta sekunnissa. Esimerkiksi jos tiedonsiirtojakso on 0,1 sekuntia, signaali muuttuu 10 baudin nopeudella. Siten siirtonopeus määräytyy kokonaan kellon koon mukaan.
Tietonopeus mitataan bitteinä sekunnissa, eikä se yleensä vastaa baudinopeutta. Se voi olla joko suurempi tai pienempi nopeus.
informaatioparametrin muutokset baudeina mitattuna. Tämä suhde riippuu signaalitilojen lukumäärästä. Esimerkiksi, jos signaalilla on enemmän kuin kaksi erillistä tilaa, niin samoilla kellojaksoilla ja sopivalla koodausmenetelmällä informaationopeus bitteinä sekunnissa voi olla suurempi kuin informaatiosignaalin baudinopeus.
Olkoon informaatioparametrit sinimuodon vaihe ja amplitudi ja 4 vaihetilaa kohdissa 0, 90, 180 ja 270° ja kaksi signaalin amplitudin arvoa ovat erilaisia, niin informaatiosignaalilla voi olla 8 erotettavaa tilaa. Tämä tarkoittaa, että mikä tahansa tämän signaalin tila kuljettaa tietoa 3 bitissä. Tässä tapauksessa 2400 baudin nopeudella toimiva modeemi (muuttaa informaatiosignaalia 2400 kertaa sekunnissa) lähettää informaatiota 7200 bps:n nopeudella, koska yhdellä signaalinvaihdolla lähetetään 3 bittiä informaatiota.
Jos signaalilla on kaksi tilaa (eli se kuljettaa informaatiota 1 bitin verran), informaationopeus on yleensä sama kuin baudien lukumäärä. Kuitenkin myös päinvastainen voidaan havaita, kun informaationopeus on pienempi kuin informaatiosignaalin muutosnopeus baudissa. Tämä tapahtuu, kun käyttäjäinformaation vastaanottajan luotettavaksi tunnistamiseksi sekvenssin jokainen bitti on koodattu useilla muutoksilla kantoaaltosignaalin informaatioparametrissa. Esimerkiksi, kun koodataan yksi bittiarvo positiivisen polariteetin pulssilla ja bitin nolla-arvo negatiivisen polariteetin pulssilla, fyysinen signaali muuttaa tilaansa kahdesti kunkin bitin lähetyksen aikana. Tällä koodauksella linjanopeus bitteinä sekunnissa on kaksi kertaa pienempi kuin baudissa.
Mitä suurempi kantoaallon jaksollisen signaalin taajuus, sitä korkeampi modulaatiotaajuus voi olla ja sitä suurempi tietoliikennelinkin kaistanleveys voi olla.
Kuitenkin toisaalta jaksollisen kantoaaltosignaalin taajuuden kasvaessa myös tämän signaalin spektrin leveys kasvaa.
Linja lähettää tämän siniaaltospektrin niillä vääristymillä, jotka määritetään sen kaistanleveyden mukaan. Mitä suurempi ero linjan kaistanleveyden ja lähetettyjen informaatiosignaalien kaistanleveyden välillä on, sitä enemmän signaalit vääristyvät ja sitä todennäköisempiä virheitä on vastaanottavan osapuolen tiedontunnistuksessa, mikä tarkoittaa, että mahdollinen tiedonsiirtonopeus on Vähemmän.
Kaistanleveys vs. suoritustehosuhde
Claude Shannon määritti linjan kaistanleveyden ja sen kaistanleveyden välisen suhteen hyväksytystä fyysisen koodauksen menetelmästä riippumatta:
C \u003d F log 2 (1 + Rs / Rsh) -
Tässä C on linjan kaistanleveys bitteinä sekunnissa, F on linjan kaistanleveys hertseinä, Pc on signaalin teho, Rsh on kohinan teho.
Tästä suhteesta seuraa, että kiinteän kaistanleveyden linkin suorituskyvyllä ei ole teoreettista rajaa. Käytännössä tällainen raja on kuitenkin olemassa. Itse asiassa on mahdollista lisätä linjan kapasiteettia lisäämällä lähettimen tehoa tai vähentämällä viestintälinjan kohinan (häiriö)tehoa. Molempia komponentteja on erittäin vaikea muuttaa. Lähettimen tehon lisääminen johtaa merkittävästi sen koon ja kustannusten nousuun. Melutason vähentäminen edellyttää erikoiskaapeleiden käyttöä, joissa on hyvät suojavaipat, mikä on erittäin kallista, sekä lähettimen ja välilaitteiden melunvaimennusta, mikä ei ole helppoa. Lisäksi hyödyllisten signaali- ja kohinatehojen vaikutusta läpimenokykyyn rajoittaa logaritminen riippuvuus, joka ei kasva yhtä nopeasti kuin suoraan verrannollinen. Joten melko tyypillisellä 100-kertaisella signaalitehon ja kohinatehon alkusuhteella lähettimen tehon kaksinkertaistaminen lisää vain 15 % linjan kapasiteettia.
Pohjimmiltaan lähellä Shannonin kaavaa on toinen Nyquistin hankkima suhde, joka myös määrittää viestintälinjan suurimman mahdollisen läpimenon, mutta ottamatta huomioon linjan melua:
C = 2Flog2M.
Tässä M on informaatioparametrin erotettavissa olevien tilojen lukumäärä.
Jos signaalilla on kaksi erilaista tilaa, kaistanleveys on kaksi kertaa tietoliikennelinjan kaistanleveys (Kuva 8.15, a). Jos lähetin käyttää useampaa kuin kahta vakaata signaalitilaa datan koodaamiseen, linjakapasiteetti kasvaa, koska lähetin lähettää useita bittejä lähdedataa yhdessä toimintajaksossa, esimerkiksi 2 bittiä neljän erotettavissa olevan signaalitilan läsnä ollessa 8.15, b).
Vaikka Nyquistin kaava ei eksplisiittisesti ota huomioon kohinan esiintymistä, epäsuorasti
sen vaikutus heijastuu informaatiosignaalin tilojen lukumäärän valinnassa
Käteinen raha. Viestintälinjan suorituskyvyn lisäämiseksi olisi tarpeen lisätä tilojen määrää, mutta käytännössä tämä estetään linjan melulla. Esimerkiksi linjan kaistanleveys, jonka signaali on esitetty kuvassa. 8.15, b, voidaan jälleen kaksinkertaistaa käyttämällä datan koodaukseen ei 4, vaan 16 tasoa. Jos kohinan amplitudi kuitenkin joskus ylittää vierekkäisten tasojen välisen eron, vastaanotin ei pysty stabiilisti tunnistamaan lähetettyä dataa. Siksi signaalin mahdollisten tilojen määrää rajoittaa itse asiassa signaalin tehon ja kohinan suhde, ja Nyquistin kaava määrittää maksimidatanopeuden siinä tapauksessa, että tilojen lukumäärä on jo valittu ottaen huomioon stabiilin tunnistuskyvyn. vastaanottaja.
Suojattu ja suojaamaton kierretty paripari
kierretty pari kutsutaan kierretyksi johtopariksi. Tämän tyyppinen siirtoväline on erittäin suosittu ja muodostaa perustan suurelle määrälle sekä sisäisiä että ulkoisia kaapeleita. Kaapeli voi koostua useista kierretyistä pareista (ulkokaapelit sisältävät joskus jopa useita kymmeniä tällaisia pareja).
Johtojen kiertäminen vähentää ulkoisten ja keskinäisten häiriöiden vaikutusta kaapelin yli lähetettyihin hyödyllisiin signaaleihin.
Kaapelirakenteen pääpiirteet on esitetty kaaviomaisesti kuvassa. 8.16.
Kierretyt parikaapelit ovat symmetrinen , eli ne koostuvat kahdesta rakenteellisesti identtisestä johtimesta. Tasapainotettu kierretty parikaapeli voi olla joko suojattu ja suojaamaton.
On tarpeen tehdä ero sähköisten välillä johtavien johtimien eristys, joka on läsnä missä tahansa kaapelissasähkömagneettineneristäytyminen. Ensimmäinen koostuu johtamattomasta dielektrisestä kerroksesta - paperista tai polymeeristä, kuten polyvinyylikloridista tai polystyreenistä. Toisessa tapauksessa sähköeristyksen lisäksi johtavat sydämet sijoitetaan myös sähkömagneettisen suojuksen sisään, jota käytetään useimmiten johtavana kuparipunoksena.
Kaapelipohjainensuojaamaton kierretty pari,käytetään johdotukseen
rakennuksen sisällä, on jaettu kansainvälisten standardien mukaan luokat (1-7).
Luokan 1 kaapelit käytetään, kun siirtonopeuden vaatimukset
minimaalinen. Yleensä se on kaapeli digitaaliseen ja analogiseen äänensiirtoon.
ja hidas (jopa 20 Kbps) tiedonsiirto. Vuoteen 1983 asti tämä oli
Uudenlainen kaapeli puhelinjohdotukseen.
Luokan 2 kaapelit IBM käytti niitä ensimmäisenä rakentamisessa
oma kaapelijärjestelmä. Tämän luokan kaapeleiden päävaatimus on
rii - kyky lähettää signaaleja, joiden spektri on enintään 1 MHz.
Luokan 3 kaapelit standardisoitiin vuonna 1991. EIA-568 standardi
määritti kaapeleiden sähköiset ominaisuudet taajuuksille asti
16 MHz. Kategorian 3 kaapelit on suunniteltu sekä tiedonsiirtoon että
ja puheensiirtoon, muodostavat nyt perustan monille kaapelijärjestelmille
rakennukset.
Luokan 4 kaapelit ovat hieman paranneltu versio
luokan 3 kaapelit. Kategorian 4 kaapelien on kestettävä testit tunnin ajan -
20 MHz:n signaalinsiirto tarjoaa paremman häiriönkestävyyden
vain ja alhainen signaalihäviö. Käytännössä niitä käytetään harvoin.
Luokan 5 kaapelit on erityisesti suunniteltu tukemaan korkeaa
nopeusprotokollat. Niiden ominaisuudet määritetään välillä
100 MHz. Useimmat nopeat tekniikat (FDDI, Fast Ethernet,
ATM ja Gigabit Ethernet) ohjataan käyttämällä kierrettyä parikaapelia
5. Kategorian 5 kaapeli on korvannut Kategorian 3 kaapelin ja tänään
kaikki suurten rakennusten uudet kaapelijärjestelmät rakennetaan tälle tyypille
kaapeli (yhdistetty valokuituun).
Kaapelit ottavat erityisen paikan luokat 6 ja 7, jota teollisuus alkoi tuottaa suhteellisen hiljattain. Luokan 6 kaapeli on määritetty taajuudelle 250 MHz asti ja luokan 7 kaapeli 600 MHz:iin asti. Luokan 7 kaapelit on suojattava, sekä jokainen pari että koko kaapeli kokonaisuudessaan. Luokan 6 kaapeli voi olla joko suojattu tai suojaamaton. Näiden kaapeleiden päätarkoitus on tukea nopeita protokollia kaapeleissa, jotka ovat pidempiä kuin luokan 5 UTP-kaapeli.
Kaikki UTP-kaapelit, riippumatta niiden luokasta, ovat saatavilla 4-parin kokoonpanossa. Jokaisella neljästä kaapeliparista on tietty väri ja kierreväli. Tyypillisesti kaksi paria on tiedonsiirtoa ja kaksi puheensiirtoa varten.
valokuitukaapeli
valokuitukaapelikoostuu ohuista (5-60 mikronia) taipuisista lasikuiduista (kuituvalojohtimia), joiden läpi valosignaalit etenevät. Tämä on laadukkain kaapelityyppi - se tarjoaa tiedonsiirron erittäin suurella nopeudella (jopa 10 Gb / s ja enemmän) ja lisäksi se suojaa muita siirtovälineitä paremmin ulkoisilta häiriöiltä (johtuen valon etenemisen luonteen vuoksi tällaiset signaalit on helppo suojata).
Jokainen valonohjain koostuu keskeisestä valonjohtimesta (ytimestä) - lasikuidusta ja lasikuoresta, jonka taitekerroin on pienempi kuin ytimellä. Ytimen läpi leviävät valonsäteet eivät ylitä sen rajoja, vaan ne heijastuvat kuoren peittävästä kerroksesta. Taitekertoimen jakautumisesta ja ytimen halkaisijan koosta riippuen on:
monimuotokuitu, jossa on porrastettu taitekerroin (kuva 8.17, a)\
monimuotokuitu, jonka taitekerroin muuttuu tasaisesti (kuva 8.17, b)\
yksimuotokuitu (kuva 8.17, sisään).
Käsite "tila" kuvaa valonsäteiden etenemistapaa kaapelin ytimessä.
Yksimuotoinen kaapeli(Single Mode Fiber, SMF) käyttää keskijohdinta, jonka halkaisija on hyvin pieni ja joka on oikeassa suhteessa valon aallonpituuteen - 5-10 mikronia. Tässä tapauksessa lähes kaikki valonsäteet etenevät pitkin kuidun optista akselia heijastumatta ulkojohtimesta. Valmistumassa
AT monimuotoiset kaapelit(Multi Mode Fiber, MMF) käyttää leveämpiä sisäisiä ytimiä, jotka on teknisesti helpompi valmistaa. Monimuotokaapeleissa sisäjohtimessa on samanaikaisesti useita valonsäteitä, jotka heijastuvat ulkojohtimesta eri kulmissa. Säteen heijastuskulmaa kutsutaan muoti palkki. Monimuotokaapeleissa, joissa taitekerroin muuttuu tasaisesti, säteiden heijastustavalla on monimutkainen luonne. Tuloksena oleva häiriö heikentää lähetetyn signaalin laatua, mikä johtaa lähetettyjen pulssien vääristymiseen monimuotooptisessa kuidussa. Tästä syystä monimuotokaapeleiden tekninen suorituskyky on huonompi kuin yksimuotokaapeleiden.
Tämän seurauksena monimuotokaapeleita käytetään pääasiassa tiedonsiirtoon enintään 1 Gb / s nopeudella lyhyillä etäisyyksillä (jopa 300-2000 m), ja yksimuotokaapeleita käytetään tiedonsiirtoon erittäin suurilla nopeuksilla. useita kymmeniä gigabittejä sekunnissa (ja käytettäessä DWDM-tekniikkaa - jopa useita terabittiä sekunnissa) useiden kymmenien ja jopa satojen kilometrien etäisyyksillä (pitkän matkan viestintä).
Valonlähteinä valokuitukaapeleissa käytetään:
LEDit tai valodiodit (Light Emitted Diode, LED);
puolijohdelaserit tai laserdiodit.
Yksimuotokaapeleissa käytetään vain laserdiodeja, koska näin pienellä valokuidun halkaisijalla LEDin luomaa valovirtaa ei voida ohjata kuituun ilman suuria häviöitä - sillä on liian leveä säteilykuvio, kun taas laserdiodi on kapea. Halvempia LED-lähettimiä käytetään vain monimuotokaapeleissa.
Kuituoptisten kaapelien hinta ei ole paljon korkeampi kuin kierrettyjen parikaapelien hinta, mutta asennustyöt kuituoptiikan kanssa ovat paljon kalliimpia toimintojen monimutkaisuuden ja käytettyjen asennuslaitteiden korkeiden kustannusten vuoksi.
löydöksiä
Välilaitteen tyypistä riippuen kaikki tietoliikennelinjat jaetaan analogisiin ja digitaalisiin. Analogisissa linjoissa välilaitteet on suunniteltu vahvistamaan analogisia signaaleja. Analogiset linjat käyttävät taajuuden multipleksointia.
Digitaalisissa viestintälinjoissa lähetetyillä signaaleilla on äärellinen määrä tiloja. Tällaisissa linjoissa käytetään erityisiä välilaitteita - regeneraattoreita, jotka parantavat pulssien muotoa ja varmistavat niiden uudelleensynkronoinnin, eli palauttavat niiden toistojakson. Ensisijaisten verkkojen multipleksoinnin ja kytkemisen välilaitteisto toimii kanavien aikamultipleksoinnin periaatteella, jolloin kullekin hitaan kanavalle varataan tietty osa ajasta (aikaväli tai kvantti) nopeasta kanavasta.
Kaistanleveys määrittää taajuuksien alueen, jotka linkki lähettää hyväksyttävällä vaimennuksella.
Viestintälinjan suorituskyky riippuu sen sisäisistä parametreista, erityisesti kaistanleveydestä, ulkoisista parametreista - häiriötasosta ja häiriön vaimennusasteesta, sekä hyväksytystä menetelmästä diskreetin datan koodausmenetelmään.
Shannonin kaava määrittää tietoliikennelinjan suurimman mahdollisen suorituskyvyn linjan kaistanleveyden ja signaalin teho/kohinasuhteen kiinteille arvoille.
Nyquistin kaava ilmaisee tietoliikennelinjan suurimman mahdollisen läpäisykyvyn kaistanleveyden ja informaatiosignaalin tilojen lukumäärän kautta.
Kierretyt parikaapelit jaetaan suojaamattomiin (UTP) ja suojattuihin (STP). UTP-kaapeleita on helpompi valmistaa ja asentaa, mutta STP-kaapelit tarjoavat korkeamman turvallisuustason.
Kuituoptisilla kaapeleilla on erinomaiset sähkömagneettiset ja mekaaniset ominaisuudet, niiden haittana on asennustöiden monimutkaisuus ja korkeat kustannukset.
- Miten linkki eroaa yhdistelmäviestintäkanavasta?
- Voiko yhdistelmäkanava muodostua linkeistä? Ja päinvastoin?
- Voiko digitaalinen kanava kuljettaa analogista dataa?
- Millaisia tietoliikennelinjan ominaisuuksia ovat: melutaso, kaistanleveys, lineaarinen kapasiteetti?
- Mihin toimenpiteisiin voidaan ryhtyä linkin tiedonsiirtonopeuden lisäämiseksi:
o Pienennä kaapelin pituutta;
o valitse kaapeli, jolla on pienempi vastus;
o valitse kaapeli, jolla on leveämpi kaistanleveys;
o Käytä kapeamman spektrin koodausmenetelmää.
- Miksi kanavan kapasiteettia ei aina ole mahdollista kasvattaa lisäämällä informaatiosignaalitilojen määrää?
- Mitä mekanismia käytetään häiriöiden vaimentamiseen kaapeleissa UTP?
- Mikä kaapeli lähettää signaaleja paremmin - suuremmalla parametriarvolla SEURAAVA vai vähemmällä?
- Mikä on ihanteellisen pulssin spektrin leveys?
- Nimeä optisten kaapelien tyypit.
- Mitä tapahtuu, jos vaihdat kaapelin toimivassa verkossa UTP-kaapeli STP? Vastausvaihtoehdot:
О verkossa vääristyneiden kehysten osuus pienenee, koska ulkoiset häiriöt vaimentuvat tehokkaammin;
Voi mikään ei muutu;
O verkossa vääristyneiden kehysten osuus kasvaa, koska lähettimien lähtöimpedanssi ei vastaa kaapelin impedanssia.
- Miksi valokuitukaapelin käyttäminen vaakasuuntaisessa osajärjestelmässä on ongelmallista?
- Tunnetut määrät ovat:
Lähettimen vähimmäistehosta P out (dBm);
О kaapelin A vaimennus (dB/km);
Tietoja vastaanottimen herkkyyden kynnysarvosta Pin (dBm).
On löydettävä suurin mahdollinen viestintälinjan pituus, jolla signaalit lähetetään normaalisti.
- Mikä olisi tiedonsiirtonopeuden teoreettinen raja bitteinä sekunnissa 20 kHz:n kaistanleveyden linkillä, jos lähettimen teho on 0,01 mW ja kohinateho linkissä on 0,0001 mW?
- Määritä kaksisuuntaisen linkin kapasiteetti kullekin suunnalle, jos sen kaistanleveyden tiedetään olevan 600 kHz ja koodausmenetelmässä käytetään 10 signaalitilaa.
- Laske signaalin etenemisviive ja tiedonsiirtoviive 128-tavuisen pakettilähetyksen tapauksessa (oletetaan, että signaalin etenemisnopeus on yhtä suuri kuin valon nopeus tyhjiössä 300 000 km/s):
O yli 100 metrin kierretty parikaapeli 100 Mbps:n siirtonopeudella;
O 2 km pitkällä koaksiaalikaapelilla 10 Mbps:n siirtonopeudella;
O satelliittikanavan kautta, jonka pituus on 72 000 km siirtonopeudella 128 Kbps.
- Laske linkin nopeus, jos tiedät, että lähettimen kellotaajuus on 125 MHz ja signaalissa on 5 tilaa.
- Verkkosovittimen vastaanotin ja lähetin on kytketty vierekkäisiin kaapelipareihin UTP. Mikä on indusoituneen häiriön teho vastaanottimen sisääntulossa, jos lähettimen teho on 30 dBm ja eksponentti SEURAAVA kaapeli on -20 dB?
- Tiedoksi, että modeemi lähettää dataa duplex-tilassa nopeudella 33,6 Kbps. Kuinka monta tilaa sen signaalilla on, jos tietoliikennelinjan kaistanleveys on 3,43 kHz?
Sivu 20
Muut aiheeseen liittyvät teokset, jotka saattavat kiinnostaa sinua.vshm> |
|||
| 6695. | Tietokanta-arkkitehtuuri. Fyysinen ja looginen riippumattomuus | 106,36 kt | |
| Se sisältää seuraavat määritelmät tietokantatietokannasta ja DBMS:stä: BnD-tietopankki on järjestelmä, jossa on erityisesti järjestetty tietokanta ohjelmistojen teknisen kielen organisatorisista ja metodologisista työkaluista, jotka on suunniteltu varmistamaan tietojen keskitetty kerääminen ja kollektiivinen monikäyttöinen käyttö. Tietokantatietokanta on nimetty kokoelma tietoja, jotka kuvastavat objektien tilaa ja niiden suhteita tarkasteltavana olevalla aihealueella. Tietokannan hallintajärjestelmä DBMS on joukko kieliä ja ... | |||
| 18223. | Tietokanta "Henkilöstölaskenta" yrityksen LLP "Viestintätekniikka" esimerkissä | 3,34 Mt | |
| Tässä sarjassa erityinen paikka on tietokoneilla ja muilla elektronisilla laitteilla, jotka liittyvät niiden käyttöön johtamistyön järkeistämisen välineenä. Muutaman viime vuoden aikana DBMS-tietokannan hallintajärjestelmien kuluttajalaatujen taso on kasvanut: tuetut toiminnot, käyttäjäystävällinen käyttöliittymä, käyttöliittymä ohjelmistotuotteisiin, erityisesti muihin DBMS-järjestelmiin, verkkoominaisuudet jne. Tähän mennessä merkittävää suunnittelukokemusta on kertynyt... | |||
| 6283. | Kemiallinen sidos. Kemiallisen sidoksen ominaisuudet: energia, pituus, sidoskulma. Kemiallisten sidosten tyypit. Viestinnän napaisuus | 2,44 Mt | |
| Atomiratojen hybridisaatio. Molekyyliorbitaalien menetelmän käsite. Energiakaaviot molekyyliorbitaalien muodostumisesta binaarisille homonukleaarisille molekyyleille. Kun kemiallinen sidos muodostuu, vuorovaikutuksessa olevien atomien ominaisuudet muuttuvat, ensisijaisesti niiden ulkoratojen energia ja miehitys. | |||
| 10714. | YHTEYSKANAVAT. VIESTINTÄKANAVAVERKOT | 67,79 kt | |
| Viestintälinja on jokaisen viestintäkanavan välttämätön komponentti, jonka kautta sähkömagneettiset värähtelyt kulkevat lähetyspisteestä vastaanottopisteeseen (yleisessä tapauksessa kanava voi sisältää useita linjoja, mutta useammin sama linja on osa useampaa kanavaa) . | |||
| 13240. | Eufemismien välittäminen venäjäksi | 1,44 Mt | |
| Eufemismi kielikulttuurisena ilmiönä on erityisen kiinnostava, sillä viime vuosikymmeninä eufemismien muodostumisprosessi on kasvanut yhä voimakkaammin ja ne ovat yleistyneet eri puhetoiminnan alueilla. Eri kielten eufemismien tutkimus antaa mahdollisuuden osallistua kielikuvan kansallisen identiteetin tutkimukseen | |||
| 8010. | Signalointi eläinsoluissa | 10,89 kt | |
| Ensimmäinen vaihe on aina t-ligandin sitoutuminen, jotka säätelevät solujen kasvua erilaisissa olosuhteissa, erityisesti alkion synnyn, solun kypsymisen tai solujen lisääntymisen aikana, mikä on osa immuunivastetta. Yleensä reseptori itse on kohteena, mutta autofosforylaatiota tapahtuu, mutta siitä tietoa. Yksikään alayksiköistä ei ole transmembraaniproteiini. | |||
| 8008. | Solun pinta: reseptorit, signaalinsiirto | 10,75 kt | |
| Bakteerikasvien ja eläinsolujen plasmakalvot sisältävät monia erikoistuneita reseptorimolekyylejä, jotka vuorovaikuttavat solunulkoisten komponenttien kanssa aiheuttaen spesifisiä soluvasteita. Jotkut reseptorit sitovat ravinteita tai aineenvaihduntatuotteita; toiset - hormoneja tai välittäjäaineita; toiset osallistuvat solujen väliseen tunnistamiseen ja solujen adheesioon tai sitoutumiseen solunulkoisen ympäristön liukenemattomiin komponentteihin. Useimpien reseptorijärjestelmien työ sisältää seuraavat vaiheet: 1 ligandin sitoutuminen tai ... | |||
| 7176. | TIETOKANNAN ORGANISAATIO JA TIETOKANNAN HALLINTAJÄRJESTELMÄT | 116,07 kt | |
| Tietojärjestelmänä voit harkita esimerkiksi juna-aikataulua tai kirjaa tilaustietojen rekisteröintiin. Jollekin tallennusvälineelle tallennettua attribuuttia kutsutaan tietoelementiksi, tietokentällä tai yksinkertaisesti kentällä. Dataa käsiteltäessä törmäävät usein samantyyppisiä objekteja, joilla on samat ominaisuudet. | |||
| 13407. | Tiedon havaitseminen, kerääminen, välittäminen, käsittely ja kerääminen | 8,46 kt | |
| Tiedon havaitseminen on prosessi, jossa ulkomaailmasta tekniseen järjestelmään tai elävään organismiin saapuva tieto muunnetaan jatkokäyttöön soveltuvaan muotoon. Tiedon havaitsemisen ansiosta varmistetaan järjestelmän yhteys ulkoiseen ympäristöön, joka voi olla henkilö, havaittava kohde, ilmiö tai prosessi jne. Tiedon havaitseminen on välttämätöntä mille tahansa tietojärjestelmälle. | |||
| 1956. | Sylinterimäinen hammaspyörä, jossa on vinot hampaat | 859,59 kt | |
| Kierrehammaspyörät, kuten hammaspyörät, valmistetaan sisäänajomenetelmällä, katso luento 14, joka perustuu koneen kytkeytymisprosessiin. Ja tästä seuraa erittäin tärkeä johtopäätös: kaikki perusmääräykset koskien hammaspyörän koneen kytkemistä hammastankoon, katso luento 14, pätevät myös kierrehammaspyörän koneen kytkemiseen kierrehammaskiskon kanssa. Siksi koneen käytön erikoisuus kierrehammaspyörien valmistuksessa on se, että työkalun kalteva asennus johtuu ... | |||
Viestintälinja on fyysinen väline ja laitteisto, jota käytetään signaalien lähettämiseen lähettimestä vastaanottimeen. Kiinteissä viestintäjärjestelmissä tämä on ensisijaisesti kaapeli tai aaltoputki; radioviestintäjärjestelmissä se on avaruusalue, jossa sähkömagneettiset aallot etenevät lähettimestä vastaanottimeen. Kun signaali lähetetään kanavan yli, se voi vääristyä ja siihen voi vaikuttaa häiriö. Vastaanottava laite käsittelee vastaanotetun signaalin 
, joka on saapuvan vääristyneen signaalin ja häiriön summa ja palauttaa siitä viestin, joka näyttää lähetetyn viestin jossain virheellä. Toisin sanoen vastaanottimen on määritettävä signaalianalyysin perusteella, mikä mahdollisista viesteistä on lähetetty. Siksi vastaanottolaite on yksi sähköisen viestintäjärjestelmän kriittisimmistä ja monimutkaisimmista elementeistä.
Sähköinen viestintäjärjestelmä ymmärretään joukkona teknisiä välineitä ja jakeluvälinettä. Viestintäjärjestelmän käsite sisältää viestien lähteen ja kuluttajan.
Välitettyjen viestien tyypin mukaan erotetaan seuraavat sähköiset viestintäjärjestelmät: puheensiirtojärjestelmät (puhelinliikenne); tekstinsiirtojärjestelmät (lennätys); still-kuvien siirtojärjestelmät (valokuvaus); liikkuvan kuvan siirtojärjestelmät (televisiot), telemetria-, kauko-ohjaus- ja tiedonsiirtojärjestelmät. Tilauksen mukaan puhelin- ja televisiojärjestelmät jaetaan lähetyksiin, joille on ominaista viestien korkea taiteellinen toisto, ja ammattimaisiin, joilla on erityissovellus (virallinen viestintä, teollisuustelevisio jne.). Telemetriajärjestelmässä fyysiset suureet (lämpötila, paine, nopeus jne.) muunnetaan antureiden avulla ensisijaiseksi sähköiseksi signaaliksi, joka syötetään lähettimeen. Vastaanottopäässä lähetetty fyysinen suure tai sen muutokset erotetaan signaalista ja käytetään ohjaukseen. Kauko-ohjausjärjestelmässä komennot lähetetään automaattisesti tiettyjen toimintojen suorittamiseksi. Usein nämä komennot generoidaan automaattisesti telemetriajärjestelmän lähettämien mittaustulosten perusteella.
Suorituskykyisten tietokoneiden käyttöönotto on johtanut tarpeeseen kehittää nopeasti tiedonsiirtojärjestelmiä, jotka varmistavat tiedonvaihdon laskentalaitteiden ja automatisoitujen ohjausjärjestelmien kohteiden välillä. Tämäntyyppiselle tietoliikenteelle on ominaista korkeat vaatimukset tiedonsiirron nopeudelle ja tarkkuudelle.
Monien maantieteellisesti hajallaan olevien käyttäjien (tilaajien) välistä viestien vaihtoa varten luodaan viestintäverkkoja, jotka varmistavat viestien välityksen ja jakelun annettuihin osoitteisiin (tiettyyn aikaan ja määrätyllä laadulla).
Viestintäverkko on joukko viestintälinjoja ja kytkentäsolmuja.
Kanavien ja viestintälinjojen luokittelu suoritetaan:
sisään- ja lähdössä olevien signaalien luonteen mukaan (jatkuva, diskreetti, diskreetti-jatkuva);
viestityypin mukaan (puhelin, lennätin, tiedonsiirto, televisio, telekopio jne.);
etenemisvälinetyypin mukaan (johto, radio, valokuitu jne.);
käytetyn taajuusalueen mukaan (matalataajuus (LF), korkea taajuus (HF), superkorkea taajuus (SHF) jne.);
lähetin-vastaanottimien rakenteen mukaan (yksikanavainen, monikanavainen).
Tällä hetkellä kanavien ja viestintälinjojen täydellisimmäksi karakterisoimiseksi voidaan käyttää myös muita luokitteluominaisuuksia (radioaaltojen etenemismenetelmän, kanavien yhdistämis- ja erottelutavan, teknisten välineiden sijoittelun, käyttötarkoituksen jne. mukaan .)
Mikä on kestomagneetti? Kestomagneetti on runko, joka pystyy ylläpitämään magnetisoitumista pitkään. Useiden tutkimusten ja lukuisten kokeiden tuloksena voimme sanoa, että vain kolme ainetta maapallolla voi olla kestomagneetteja (kuva 1).
Riisi. 1. Kestomagneetit. ()
Vain nämä kolme ainetta ja niiden lejeeringit voivat olla kestomagneetteja, vain ne voidaan magnetoida ja ylläpitää sellaista tilaa pitkään.
Kestomagneetteja on käytetty hyvin pitkään, ja ensinnäkin nämä ovat spatiaalisia suuntautumislaitteita - ensimmäinen kompassi keksittiin Kiinassa navigoimaan autiomaassa. Nykyään kukaan ei kiistellä magneettineuloista, kestomagneeteista, niitä käytetään kaikkialla puhelimissa ja radiolähettimissä ja yksinkertaisesti erilaisissa sähkötuotteissa. Ne voivat olla erilaisia: niissä on tankomagneetteja (kuva 2)
Riisi. 2. Tankomagneetti ()
Ja on magneetteja, joita kutsutaan kaareviksi tai hevosenkengäksi (kuva 3)
Riisi. 3. Kaareva magneetti ()
Kestomagneettien tutkimus liittyy yksinomaan niiden vuorovaikutukseen. Magneettikenttä voidaan luoda sähkövirralla ja kestomagneetilla, joten ensimmäisenä tehtiin tutkimus magneettineuloilla. Jos tuot magneetin nuoleen, näemme vuorovaikutuksen - samat navat hylkivät ja vastakkaiset vetävät puoleensa. Tämä vuorovaikutus havaitaan kaikilla magneeteilla.
Laitetaan pieniä magneettisia nuolia sauvamagneettia pitkin (kuva 4), etelänapa on vuorovaikutuksessa pohjoisen kanssa ja pohjoinen vetää etelää puoleensa. Magneettiset neulat asetetaan magneettikenttäviivaa pitkin. On yleisesti hyväksyttyä, että magneettiviivat suunnataan kestomagneetin ulkopuolelle pohjoisnavasta etelään ja magneetin sisällä etelänavasta pohjoiseen. Siten magneettiset linjat suljetaan samalla tavalla kuin sähkövirta, nämä ovat samankeskisiä ympyröitä, ne ovat kiinni itse magneetin sisällä. Osoittautuu, että magneetin ulkopuolella magneettikenttä on suunnattu pohjoisesta etelään ja magneetin sisällä etelästä pohjoiseen.
Riisi. 4. Tankomagneetin magneettikenttäviivat ()
Tarkkaileksemme tankomagneetin magneettikentän muotoa, kaarevan magneetin magneettikentän muotoa, käytämme seuraavia laitteita tai yksityiskohtia. Ota läpinäkyvä levy, rautaviilat ja tee koe. Ripottelemme rautaviilaa tankomagneetissa olevalle levylle (kuva 5):
Riisi. 5. Tankomagneetin () magneettikentän muoto
Näemme, että magneettikentän viivat tulevat ulos pohjoisnavasta ja menevät etelänavalle, linjojen tiheydestä voimme arvioida magneetin navat, missä viivat ovat paksumpia - siellä on magneetin navat ( kuva 6).
Riisi. 6. Kaaren muotoisen magneetin magneettikentän muoto ()
Suoritamme samanlaisen kokeen kaarevalla magneetilla. Näemme, että magneettiviivat alkavat pohjoisesta ja päättyvät etelänapaan kaikkialla magneetissa.
Tiedämme jo, että magneettikenttä muodostuu vain magneettien ja sähkövirtojen ympärille. Kuinka voimme määrittää Maan magneettikentän? Mikä tahansa nuoli, mikä tahansa kompassi Maan magneettikentässä on tiukasti suunnattu. Koska magneettinen neula on tiukasti suunnattu avaruuteen, siihen vaikuttaa magneettikenttä, ja tämä on Maan magneettikenttä. Voidaan päätellä, että maapallomme on suuri magneetti (kuva 7) ja näin ollen tämä magneetti luo melko voimakkaan magneettikentän avaruuteen. Kun katsomme magneettista kompassin neulaa, tiedämme, että punainen nuoli osoittaa etelään ja sininen pohjoiseen. Miten maan magneettiset navat sijaitsevat? Tässä tapauksessa on välttämätöntä muistaa, että etelämagneettinen napa sijaitsee maantieteellisellä pohjoisnavalla ja Maan pohjoinen magneettinapa sijaitsee maantieteellisellä etelänavalla. Jos katsomme Maata kappaleena avaruudessa, voimme sanoa, että kun menemme pohjoiseen kompassia pitkin, tulemme eteläiseen magneettinapaan, ja kun menemme etelään, pääsemme pohjoiseen magneettinapaan. Päiväntasaajalla kompassin neula sijaitsee melkein vaakasuorassa suhteessa maan pintaan, ja mitä lähempänä napoja olemme, sitä pystysuorampi nuoli on. Maan magneettikenttä saattoi muuttua, oli aikoja, jolloin navat vaihtuivat suhteessa toisiinsa, eli etelä oli siellä missä pohjoinen ja päinvastoin. Tiedemiesten mukaan tämä oli suurten katastrofien ennakointi maan päällä. Tätä ei ole havaittu viimeisiin useisiin kymmeniin vuosituhansiin.
Riisi. 7. Maan magneettikenttä ()
Magneettiset ja maantieteelliset navat eivät täsmää. Magneettikenttä on myös maan sisällä, ja se suuntautuu kestomagneetin tapaan etelämagneettisesta navasta pohjoiseen.
Mistä kestomagneettien magneettikenttä tulee? Vastauksen tähän kysymykseen antoi ranskalainen tiedemies Andre-Marie Ampère. Hän ilmaisi ajatuksen, että kestomagneettien magneettikenttä selittyy kestomagneettien sisällä kulkevilla elementaarisilla, yksinkertaisilla virroilla. Nämä yksinkertaisimmat alkeisvirrat vahvistavat toisiaan tietyllä tavalla ja luovat magneettikentän. Negatiivisesti varautunut hiukkanen - elektroni - liikkuu atomin ytimen ympäri, tätä liikettä voidaan pitää suunnattuna, ja vastaavasti tällaisen liikkuvan varauksen ympärille syntyy magneettikenttä. Minkä tahansa kehon sisällä atomien ja elektronien lukumäärä on yksinkertaisesti valtava, kaikki nämä alkeisvirrat ottavat järjestetyn suunnan ja saamme melko merkittävän magneettikentän. Samaa voidaan sanoa maasta, eli Maan magneettikenttä on hyvin samanlainen kuin kestomagneetin magneettikenttä. Ja kestomagneetti on melko kirkas ominaisuus kaikille magneettikentän ilmenemismuodoille.
Magneettisten myrskyjen lisäksi on olemassa myös magneettisia poikkeavuuksia. Ne liittyvät auringon magneettikenttään. Kun Auringossa tapahtuu riittävän voimakkaita räjähdyksiä tai heittoja, ne eivät tapahdu ilman Auringon magneettikentän ilmentymisen apua. Tämä kaiku saavuttaa maan ja vaikuttaa sen magneettikenttään, minkä seurauksena havaitsemme magneettisia myrskyjä. Magneettiset poikkeavuudet liittyvät maan rautamalmiesiintymiin, Maan magneettikenttä magnetisoi valtavia kerrostumia pitkään, ja kaikki ympärillä olevat kappaleet kokevat magneettikentän tästä poikkeavasta, kompassin neulat osoittavat väärää suuntaa.
Seuraavalla oppitunnilla tarkastelemme muita magneettitoimintoihin liittyviä ilmiöitä.
Bibliografia
- Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. Fysiikka 8 / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fysiikka 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fysiikka 8. - M.: Valaistuminen.
- Class-fizika.narod.ru ().
- Class-fizika.narod.ru ().
- Files.school-collection.edu.ru ().
Kotitehtävät
- Mikä kompassin neulan pää vetää puoleensa maan pohjoisnapaa?
- Missä maan päällä et voi luottaa magneettineulaan?
- Mitä magneetin viivojen tiheys osoittaa?
Magneetteja on kahta päätyyppiä: kestomagneetit ja sähkömagneetit. On mahdollista määrittää, mikä kestomagneetti on sen pääominaisuuden perusteella. Kestomagneetti on saanut nimensä siitä, että sen magnetismi on aina "päällä". Se tuottaa oman magneettikentän, toisin kuin sähkömagneetti, joka on tehty rautasydämen ympärille kiedotusta langasta ja joka vaatii virtaa magneettikentän luomiseksi.
Magneettisten ominaisuuksien tutkimuksen historia
Vuosisatoja sitten ihmiset havaitsivat, että tietyillä kivityypeillä on alkuperäisiä piirteitä: rautaesineet houkuttelevat niitä. Magnetiitin maininta löytyy muinaisista historiallisista aikakirjoista: yli kaksi tuhatta vuotta sitten Euroopassa ja paljon aikaisemmin Itä-Aasiassa. Aluksi sitä arvioitiin uteliaaksi esineeksi.
Myöhemmin magnetiittia käytettiin navigointiin, ja havaittiin, että se pyrkii ottamaan tietyn asennon, kun sille annetaan vapaus pyöriä. P. Peregrinen 1200-luvulla tekemä tieteellinen tutkimus osoitti, että teräs voi saada nämä ominaisuudet magnetiitilla hierottuaan.
Magnetoiduilla esineillä oli kaksi napaa: "pohjoinen" ja "etelä" suhteessa Maan magneettikenttään. Kuten Peregrine havaitsi, yhtä napoista ei ollut mahdollista eristää leikkaamalla magnetiitin fragmentti kahtia - jokaisella erillisellä fragmentilla oli seurauksena oma napapari.
Kestomagneettien magneettikenttä on tämän päivän käsityksen mukaan elektronien suuntautuminen yhteen suuntaan. Vain tietyntyyppiset materiaalit ovat vuorovaikutuksessa magneettikenttien kanssa, paljon pienempi osa niistä pystyy ylläpitämään jatkuvaa magneettikenttää.
Kestomagneettien ominaisuudet
Kestomagneettien ja niiden luoman kentän tärkeimmät ominaisuudet ovat:
- kahden navan olemassaolo;
- vastakkaiset navat vetävät puoleensa ja kuten navat hylkivät (kuten positiiviset ja negatiiviset varaukset);
- magneettinen voima etenee huomaamattomasti avaruudessa ja kulkee esineiden (paperi, puu) läpi;
- MF-intensiteetti lisääntyy napojen lähellä.
Kestomagneetit tukevat MT:tä ilman ulkopuolista apua. Materiaalit magneettisista ominaisuuksista riippuen jaetaan päätyyppeihin:
- ferromagneetit - helposti magnetoituvat;
- paramagneetit - magnetisoitu erittäin vaikeasti;
- diamagneetit - pyrkivät heijastamaan ulkoista MF:ää magnetoimalla vastakkaiseen suuntaan.
Tärkeä! Pehmeät magneettiset materiaalit, kuten teräs, johtavat magnetismia kiinnitettynä magneetiin, mutta tämä pysähtyy, kun se poistetaan. Kestomagneetit on valmistettu magneettisesti kovista materiaaleista.
Kuinka kestomagneetti toimii
Hänen työnsä liittyy atomirakenteeseen. Kaikki ferromagneetit luovat luonnollisen, vaikkakin heikon magneettikentän atomiytimiä ympäröivien elektronien ansiosta. Nämä atomiryhmät pystyvät orientoitumaan yhteen suuntaan ja niitä kutsutaan magneettisiksi alueiksi. Jokaisella alueella on kaksi napaa: pohjoinen ja etelä. Kun ferromagneettista materiaalia ei magnetoida, sen alueet ovat satunnaisiin suuntiin ja niiden MF:t kumoavat toisensa.
Kestomagneettien luomiseksi ferromagneetteja kuumennetaan erittäin korkeissa lämpötiloissa ja ne altistetaan voimakkaalle ulkoiselle magneettikentälle. Tämä johtaa siihen, että yksittäiset magneettiset domeenit materiaalin sisällä alkavat orientoitua ulkoisen magneettikentän suuntaan, kunnes kaikki domeenit ovat kohdakkain saavuttaen magneettisen kyllästyspisteen. Sitten materiaali jäähdytetään ja kohdistetut alueet lukitaan paikoilleen. Ulkoisen MF:n poistamisen jälkeen magneettisesti kovat materiaalit säilyttävät suurimman osan alueistaan ja muodostavat kestomagneetin.
Kestomagneetin ominaisuudet
- Magneettivoimalle on ominaista jäännösmagneettinen induktio. Nimetty Br. Tämä on voima, joka jää jäljelle ulkoisen MT:n katoamisen jälkeen. Mitattu testeissä (Tl) tai gaussissa (Gs);
- Koersitiivi tai vastustuskyky demagnetisaatiolle - Ns. Mitattu A/m. Näyttää mikä ulkoisen MF:n intensiteetin tulee olla materiaalin demagnetisoimiseksi;
- Suurin energia - BHmax. Lasketaan kertomalla jäännösmagneettinen voima Br ja koersitiivisuus Hc. Mitattu MGSE:ssä (megagaussersted);
- Jäännösmagneettisen voiman lämpötilakerroin on Br:n Тс. Luonnehtii Br:n riippuvuutta lämpötila-arvosta;
- Tmax on korkein lämpötila-arvo, jossa kestomagneetit menettävät ominaisuutensa ja palautuvat käänteisesti;
- Tcur on korkein lämpötila-arvo, jossa magneettinen materiaali menettää pysyvästi ominaisuutensa. Tätä indikaattoria kutsutaan Curie-lämpötilaksi.
Magneetin yksilölliset ominaisuudet muuttuvat lämpötilan mukaan. Eri lämpötiloissa erityyppiset magneettiset materiaalit toimivat eri tavalla.
Tärkeä! Kaikki kestomagneetit menettävät prosenttiosuuden magnetismista lämpötilan noustessa, mutta eri nopeudella riippuen niiden tyypistä.
Kestomagneettien tyypit
Kestomagneetteja on kaikkiaan viisi tyyppiä, joista jokainen on valmistettu eri tavalla materiaalien, joilla on erilaiset ominaisuudet:
- alnico;
- ferriitit;
- harvinaisten maametallien SmCo, joka perustuu kobolttiin ja samariumiin;
- neodyymi;
- polymeerinen.
Alnico
Nämä ovat kestomagneetteja, jotka koostuvat pääasiassa alumiinin, nikkelin ja koboltin yhdistelmästä, mutta voivat sisältää myös kuparia, rautaa ja titaania. Alnico-magneettien ominaisuuksien ansiosta ne voivat toimia korkeimmissa lämpötiloissa säilyttäen samalla magneettisuutensa, mutta ne demagnetoituvat helpommin kuin ferriitti tai harvinaisten maametallien SmCo. Ne olivat ensimmäiset massatuotetut kestomagneetit, jotka korvasivat magnetoidut metallit ja kalliit sähkömagneetit.
Sovellus:
- sähkömoottorit;
- lämpökäsittely;
- laakerit;
- ilmailu-ajoneuvot;
- sotilasvarusteet;
- korkean lämpötilan lastaus- ja purkulaitteet;
- mikrofonit.
Ferriitit
Ferriittimagneettien, joka tunnetaan myös nimellä keramiikka, valmistukseen käytetään strontiumkarbonaattia ja rautaoksidia suhteessa 10/90. Molempia materiaaleja on runsaasti ja taloudellisesti saatavilla.
Alhaisten tuotantokustannusten, lämmönkestävyyden (jopa 250°C) ja korroosionkestävyyden vuoksi ferriittimagneetit ovat yksi suosituimmista jokapäiväisessä käytössä. Niillä on suurempi sisäinen koersitiivisuus kuin alnicolla, mutta pienempi magneettinen voima kuin neodyymivastineilla.
Sovellus:
- äänen kaiuttimet;
- turvajärjestelmät;
- suuret levymagneetit rautakontaminaation poistamiseksi prosessilinjoista;
- sähkömoottorit ja generaattorit;
- lääketieteelliset välineet;
- nostomagneetit;
- meren etsintämagneetit;
- pyörrevirtaan perustuvat laitteet;
- kytkimet ja releet;
- jarrut.
SmCo harvinaisten maametallien magneetit
Koboltti- ja samariummagneetit toimivat laajalla lämpötila-alueella, niillä on korkeat lämpötilakertoimet ja korkea korroosionkestävyys. Tämä tyyppi säilyttää magneettiset ominaisuutensa jopa alle absoluuttisen nollan lämpötiloissa, mikä tekee niistä suosittuja käytettäväksi kryogeenisissa sovelluksissa.
Sovellus:
- turbotekniikka;
- pumpun kytkimet;
- märät ympäristöt;
- korkean lämpötilan laitteet;
- miniatyyri sähköiset kilpa-autot;
- elektroniset laitteet toimintaan kriittisissä olosuhteissa.
Neodyymimagneetit
Vahvimmat olemassa olevat magneetit, jotka koostuvat neodyymin, raudan ja boorin seoksesta. Valtavan vahvuutensa ansiosta jopa minimagneetit ovat tehokkaita. Tämä tarjoaa monipuolisuutta käyttöön. Jokainen ihminen on jatkuvasti yhden neodyymimagneetin vieressä. Ne ovat esimerkiksi älypuhelimessa. Sähkömoottorien, lääketieteellisten laitteiden ja radioelektroniikan valmistus perustuu raskaisiin neodyymimagneeteihin. Niiden superlujuuden, valtavan magneettisen voiman ja demagnetisaatiokestävyyden ansiosta voidaan valmistaa jopa 1 mm:n näytteitä.
Sovellus:
- kovalevyt;
- äänentoistolaitteet - mikrofonit, akustiset anturit, kuulokkeet, kaiuttimet;
- proteesit;
- magneettinen kytkin pumput;
- ovensulkimet;
- moottorit ja generaattorit;
- korujen lukot;
- MRI-skannerit;
- magneettiterapia;
- ABS-anturit autoissa;
- nostoväline;
- magneettiset erottimet;
- reed kytkimet jne.
Taipuisat magneetit sisältävät magneettisia hiukkasia polymeerisideaineen sisällä. Niitä käytetään ainutlaatuisissa laitteissa, joihin on mahdotonta asentaa kiinteitä analogeja.
Sovellus:
- näyttömainonta - nopea kiinnitys ja nopea poisto näyttelyissä ja tapahtumissa;
- ajoneuvon kyltit, koulutus koulun paneelit, yritysten logot;
- Lelut, palapelit ja pelit;
- peitepinnat maalausta varten;
- kalenterit ja magneettiset kirjanmerkit;
- ikkunoiden ja ovien tiivisteet.
Useimmat kestomagneetit ovat hauraita, eikä niitä tule käyttää rakenneosina. Niitä valmistetaan vakiomuodoissa: renkaat, tangot, kiekot ja yksittäiset: puolisuunnikkaan, kaaret jne. Korkean rautapitoisuuden vuoksi neodyymimagneetit ovat alttiita korroosiolle, joten ne on päällystetty päältä nikkelillä, ruostumattomalla teräksellä, teflonilla, titaani, kumi ja muut materiaalit.
Video
