Анализ и оценка современных средств хранения и передачи данных

Телефонная  станция (АТС) – здание с комплексом технических средств, предназначенных для коммутации телефонных каналов. На АТС производится соединение телефонных каналов абонентов на время их переговоров, а затем, по окончании переговоров, их разъединение. Современные ТС являются автоматическими техническими устройствами (в том числе – компьютерными).

Учрежденческие  АТС, как правило, обеспечивают не только внутреннюю связь подразделений между собой с возможностью выхода во внешние сети, но и различные виды производственной связи (диспетчерскую, технологическую, громкоговорящую и директорскую) для связи директора с подчинёнными, проведения совещаний и конференций, а также функционирование систем охранной и пожарной сигнализации. Особенность современных АТС заключается в возможности использования компьютерных техники и технологии; организации соединения с радиотелефонами и пейджерами. В учреждениях для преодоления высоких уровней электромагнитных полей и перегородок используются радиотелефоны, образующие инфракрасные каналы связи.

Местные, внутриучрежденческие или офисные телефонные системы (УАТС или ЭАТС) широко применяются в организациях. Кроме большого набора сервисных возможностей они позволяют значительно сократить количество городских телефонных номеров, а также не загружать городские линии и АТС для ведения местных переговоров. Всё чаще находят себе применение мини - и микро офисные АТС. Беспроводные каналы связи

Выделяют три  основных типа беспроводных сетей:

1) радиосети  свободного радиочастотного диапазона  (сигнал передаётся сразу по  нескольким частотам);

2) микроволновые сети (дальняя и спутниковая связь),

3) Инфракрасные  сети (лазерные, передаваемые когерентными  пучками света).

Современные беспроводные сети включают:

• радиорелейную связь;
• пейджинговую связь;
• сотовую и ячеистую связь;
• транковую связь;
• спутниковую связь;
• телевидение и др.

Радиорелейная связь образуется путём строительства протяжённых линий с приёмо-передающими станциями и антеннами. Она обеспечивает узкополосную высокочастотную передачу данных на расстоянии между ближайшими антеннами в пределах прямой видимости (примерно 50 км). Скорость передачи данных в такой сети достигает 155 Мбит/с. Транкинговая (англ. «trunking») или транковая (англ. «trunked») связь – (ствол, канал связи) - организуемый между двумя станциями или узлами сети канал связи для передачи информации группы пользователей в одном радио стволе (до 50 и более абонентов) с радиусом действия от 20 до 35, 70 и 100 км.

Это профессиональная мобильная радиосвязь (ПМР) с автоматическим распределением ограниченного количества свободных каналов среди большого числа подвижных абонентов, позволяющая эффективно использовать частотные каналы, существенно повышая пропускную способность системы. Сотовая радиотелефонная связь (сотовая подвижная связь, СПС) появилась в конце 1970-х годов. Её также называют мобильной. Промышленно системы СПС начинают эксплуатироваться в США с 1983 года, а в России – с 1993 года.

Принцип организации  СПС заключается в создании сети равноудалённых антенн с собственным  радиооборудованием, каждая из которых  обеспечивает вокруг себя зону устойчивой радиосвязи (англ. «cell» – сота).

В СПС используются методы разделения каналов по частоте (FDMA), времени (TDMA) и коду (CDMA). FDMA – частотное разделение, TDMA – мультидоступ с временным разделением каналов (используется в мобильные системах стандарта GSM), CDMA – кодовое разделение каналов (сигналы других пользователей воспринимаются абонентом такой сети как «белый шум», не мешающий работе приёмного устройства). Другим способом беспроводной связи являются оптические линии связи (лазерная или оптическая связь), использующие топологию «точка–точка».  
Метод передачи звука с помощью модулированного пучка света предложен вначале XX в., а первые коммерческие устройства появились в середине 1980-х г. Эта связь имеет высокую пропускную способность и помехозащищенность, не требует разрешения на использование радиочастотного диапазона и др.

Такие лазерные системы поддерживают любые протоколы  передачи данных. Исходный сигнал модулируется оптическим лазерным излучателем и  в виде узкого светового луча передатчиком и оптической системой линз передается в атмосферу.

На приемной стороне этот пучок света возбуждает фотодиод, регенерирующий модулированный сигнал. Распространяясь в атмосфере  лазерный луч, подвергается воздействию микроскопических частиц пыли, паров и капель жидкости (в т.ч. осадков), температуры и др. Эти воздействия снижают дальность связи, составляющую от единиц, до 10–15 км. Расстояние зависит также и от мощности передающих устройств, которая колеблется от десятков до сотен мВт и обусловлена потребностью обеспечения устойчивой связи. Система обеспечивает достоверность связи более чем на 99,9%. Она образуется между специальными наземными станциями спутниковой связи и спутником с антеннами и приёмо-передающим оборудованием.

Она используется с целью циркулярного информационного  обеспечения большого числа абонентов, как система широкополосного  вещания (телевидение, звуковое вещание, передача газет), для организации  виртуальных магистральных линий  связи большой протяженности  и др. Спутниковая связь позволяет охватить территории со слабо развитой инфраструктурой связи, расширить сферу и набор услуг, в т.ч. мультимедийных, радионавигационных и др.

Спутники располагаются  на одной из трех орбит. Спутник, использующий геостационарную орбиту (англ. «Geostationary Earth Orbit», GEO), находится на высоте 36 тыс. км от Земли, и является неподвижным для наблюдателя. Он охватывает значительные области (территории) планеты. Средние орбиты (англ. «Mean Earth Orbit», MEO) обитания спутников характеризуются высотой 5–15 тыс. км, а на низких орбитах (англ. «Low Earth Orbit», LEO) высота размещения спутников не превышает 1,5 тыс. км. В этом случае они охватывают небольшие, локальные территории. Станции спутниковой связи делятся на: стационарные, переносные (перевозимые) и портативные.

По видам  передаваемых сигналов средства связи  делят на аналоговые и цифровые или  дискретные. К аналоговым относят непрерывные сигналы (электрические колебания), как правило, плавно меняющие амплитуду своих значений в течение сеанса передачи информации, например, речь в телефонном канале. При передаче любых сведений по сетям передачи данных их преобразуют в цифровую форму. Например, по телеграфу передаются закодированные последовательности импульсов. То же происходит при передаче информации между компьютерами по любым телекоммуникациям. Такие сигналы называются дискретными (цифровыми).

При передаче информации из ЭВМ в качестве кода используют восьми разрядный двоичный код.

2.2 Расчет параметров  беспроводной сети

 

При прохождении сигнала по воздуху теряется большая часть его мощности. Даже в условиях вакуума наблюдается это явление, поскольку часть энергии все равно рассеивается в других направлениях, нежели направление сигнала. Коэффициент потери сигнала в свободном пространстве (коэффициент ослабления) измеряет потерю мощности в пространстве без препятствий. Поэтому для обеспечения определенного качества беспроводного соединения при различных скоростях передачи данных конечным пользователям важно знать приблизительное расстояние между передатчиком и приемником.  

Значение потерь в свободном пространстве зависит  от двух параметров: во-первых, частота  радиосигнала, во-вторых, расстояние беспроводной передачи. Отношения между ними описываются  следующей формулой:

                             ₍₁₎

где d – расстояние;

f – частота;

K - константа,  которая зависит от единиц  измерения расстояния и частоты.

Если расстояние измеряется в километрах, частота  в мегагерцах, тогда формула имеет  следующий вид:

                        ₍₂₎

Исходя из уравнения  запаса на замирание сигнала, потери в свободном пространстве можно  посчитать с помощью следующего уравнения:

Потери в  свободном пространстве = мощность передачи – потери в кабеле при  передаче + усиление антенны при передаче + усиление антенны при приеме – потери в кабеле при приеме – чувствительность приемника – запас на замирание сигнала

С помощью вышеуказанных  двух уравнений потерь в свободном  пространстве мы можем узнать расстояние в километрах:

              ₍₃₎

Зона Френеля  – это пространство вокруг визуальной линии зрения, где распространяются волны после того, как они покидают антенну. Необходимо чистое поле зрения для поддержания силы сигнала, особенно для беспроводных систем, работающих на частоте 2,4 ГГц, потому что волны с частотой 2,4 ГГц поглощаются водой, как, например, соком деревьев. По эмпирическому правилу 60% зоны Френеля должно быть свободно от препятствий. Обычно, 20% заграждения зоны Френеля вызывает небольшую потерю сигнала для соединения. Свыше 40% заграждения – потери сигнала становятся значительными.

,                                                                                                             (4)

где d = расстояние, км;

f = частота, ГГц;

r = радиус, м.

Таблица 6 -  Расчет характеристик  беспроводной сети

Скорость сигнала	Расстояние (км)	Радиус зоны Френеля (м)
1M	0.75	2.904
2M	0.473	2.307
6M	0.447	2.242
9M	0.422	2.178
12M	0.398	2.116
18M	0.316	1.886
24M	0.237	1.633
36M	0.126	1.19
48M	0.069	0.882
54M	0.052	0.768

Функция расчета качества беспроводного соединения точка-точка  учитывает все коэффициенты ослабления и усиления при передаче сигнала  от передатчика (источника) до приемника  по кабелям, с помощью антенны и в свободном пространстве. Оценка уровня мощности в различных местах беспроводного соединения необходима для правильного выбора оборудования и схемы подключения.

Расчет качества связи  еще называют запасом по мощности или запасом по усилению. Точный расчет необходимой мощности для беспроводной сети зависит от желаемой надежности соединения, но на практике часто берут 20-30 дБ.

Запас на замирание сигнала это разница между полученным сигналом и чувствительностью приемника. Полученный сигнал находится как сумма  мощности передачи без потери в кабеле при передаче, усиления антенны при передаче без потерь в свободном пространстве и усиления антенны при приеме без потерь в кабеле при приеме

В соответствии с этими формулами произведем расчет характеристик беспроводной сети передачи данных для уровня сигнала «Отличный». Результат запишем в таблицу 6

Рисунок 9 –  Зависимость расстояния передачи от скорости передачи сигнала.

Зависимость расстояния передачи от скорости передачи сигнала представлена на рисунке 9.

Из рисунка  видно, что с увеличение скорости беспроводной передачи, расстояние, на которое  пересылается передаваемый сигнал, уменьшается.

3 Перспективы развития средств хранения информации

 

Современные системы  хранения информации сплошь и рядом  используют магнитную технологию, применяемую как в дисковых, так и в ленточных накопителях. При этом отмечают, что процесс накопления данных идет быстрее, чем прогресс систем, способных хранить их. Виной тому - так называемый супер парамагнитный предел, который сковывает производителей систем хранения информации на базе магнитной технологии, пытающихся увеличить плотность записи. Суть супер парамагнитного предела заключается в том, что магнитные домены, составляющие плоскость магнитных дисков, из-за чрезмерного уменьшения, не в состоянии стабильно удерживать направление магнитного момента в течение длительного промежутка времени, и как следствие, записанную на них информацию. Ранее предполагалось, предел находится на отметке 20-40 Гбит на квадратный дюйм. Однако в настоящее время каждый игрок рынка НМЖД имеет в своем арсенале технологию, позволяющую преодолеть супер парамагнитный предел.

Например, компания IBM для  преодоления упомянутого эффекта  предлагает использовать антиферромагнитно-сопряженный  носитель (antiferromagnetically-coupled) - систему из двух слоев ферромагнетика (вместо традиционного одного), в которых магнитный момент в сопряженных ячейках противоположен; при этом ферримагнитные слои разделены слоем рутения толщиной в три атома. Благодаря тонкому рутениевому слою, технология получила название "pixie dust", что в дословном переводе означает "пыльца феи". IBM уже около года выпускает жесткие диски по данной методике. Первыми продуктами, в которых ее стали применять, стали 2,5-дюймовые мобильные накопители семейства Travelstar.