Информационные технологии в строительстве

Различают три  возможных режима обмена устройств:

-Дуплексный,

-Полудуплексный

-Симплексный.

Дуплексный  режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Он может  быть асимметричным, если значения пропускной способности в направлениях «туда» и «обратно» существенно различаются, или симметричным. Полудуплексный режим позволяет передавать информацию «туда» и «обратно» поочередно. Симплексный односторонний (во встречном направлении передаются только вспомогательные сигналы интерфейса).

Другим немаловажным параметром интерфейса является допустимое удаление соединяемых устройств. Оно  ограничивается как частотными свойствами кабелей, так и помехозащищенностью  интерфейсов. Часть помех возникает  от соседних линий интерфейса — это перекрестные помехи, защитой от которых может быть применение витых пар проводов для каждой линии. Другая часть помех вызывается искажением уровней сигналов.

Существенным  свойством является возможность  «горячего» подключения/отключения или замены устройств (Hot Swap), причем в двух аспектах. Во-первых, это безопасность переключений «на ходу» как для самих устройств и их интерфейсных схем, так и для целостности хранящихся и передаваемых данных и, наконец, для человека. Во-вторых, это возможность использования вновь подключенных устройств без перезагрузки системы, а также продолжения устойчивой работы системы при отключении устройств. Далеко не все внешние интерфейсы поддерживают «горячее подключение» в полном объеме, так, например, зачастую сканер с интерфейсом SCSI должен быть подключен к компьютеру и включен до загрузки ОС, иначе он не будет доступен системе. С новыми шинами USB и Fire Wire проблем «горячего подключения» не возникает. Для внутренних интерфейсов «горячее подключение» несвойственно. Это касается и шин расширения, и линеек памяти, и даже большинства дисков АТА и SCSI. «Горячее подключение» поддерживается для шин расширения промышленных компьютеров, а также в специальных конструкциях массивов устройств хранения8.

 

3.2 Скоростные интерфейсы LVDS и M-LVDS

Разрядность и  быстродействие контроллеров, процессоров  и изделий на их основе постоянно  возрастают. Производительность всей системы сильно зависит от скорости обмена данными между устройствами. В последнее время для этого всё чаще используют высокоскоростные интерфейсы LVDS (Low-Voltage Differential Signaling или дифференциальный метод передачи с использованием сигналов низкого уровня) и M-LVDS (Multipoint-LVDS или многоточечный двунаправленный способ обмена информацией). Они позволяют организовать сверхскоростной обмен между микросхемами на печатной плате, а также эффективное взаимодействие между блоками и стойками. На передающей стороне параллельный код преобразуется в последовательный. На принимающей - выполняется обратное преобразование информации. Такой способ обмена позволяет существенно уменьшить количество соединительных проводников, сократить габариты разъемов при увеличении надежности и уменьшении стоимости всего комплекса.

На рис. 1 показаны соотношения скорости обмена и допустимого расстояния для разных интерфейсов.

 

Рисунок 1. Соотношения  между скоростью обмена и расстоянием  для разных интерфейсов

Из рис. 1 очень  хорошо видно, что каждый тип интерфейса имеет свою нишу и предназначен для определенных областей применения. Основное назначение любого последовательного интерфейса - "сворачивание" параллельного кода в скоростной последовательный канал и "разворачивание" последовательного кода в параллельный на приемной стороне.

При расстояниях  до 30 м и скоростях передачи менее 50 Мбит/с обычно используют интерфейсы стандартов TIA/EIA-422 (RS-422, multidrop) и TIA/EIA-485 (RS-485, multipoint). Выходные дифференциальные сигналы высокого уровня, чувствительные приемники и работоспособность при уровнях помех до 7 В - их положительные качества для обеспечения эффективного обмена данными между удаленным оборудованием. Для скоростей передачи более 50 Мбит/с или в устройствах, где очень важно низкое потребление энергии, применяют интерфейсы LVDS или M-LVDS. Передача и прием со скоростью около 10 Гбит/с обеспечивается эмиттерно-связанной логикой (ECL - emitter-coupled logic) или положительной эмиттерно-связанной логикой (PECL - positive ECL). Однако такая высокая скорость обмена достигается за счет увеличения стоимости при сильном росте потребляемой мощности.

Немаловажным  параметром является экономичность  каждого типа интерфейса. На рис. 2 показана диаграмма потребления мощности некоторыми интерфейсами и типами логики.

Рисунок 2. Сравнение  потребляемой мощности для разных способов передачи и приема данных

Стоит отметить, что LVDS и M-LVDS занимают лидирующие позиции по этому параметру. Вдобавок к этому, только что отмеченные интерфейсы работоспособны при самых низких питающих напряжениях среди показанных на рис. 2.

Благодаря токовому выходу оконечного каскада, потребляемая мощность LVDS и M-LVDS практически не зависит от скорости передачи информации. Эти положительные особенности особенно важны для автономных и портативных устройств. Сигналы низкого уровня и дифференциальная схема передачи существенно облегчают решение проблемы электромагнитной совместимости, что является плюсом рассматриваемых интерфейсов LVDS и M-LVDS.

Полудуплекс позволяет  организовать двухсторонний обмен  данными, но с разделением во времени, то есть в любой момент времени  передача информации может происходить  только в одном направлении (отсюда и приставка полу -). При полудуплексе точка-точка обмен происходит только между двумя устройствами. При многоточечном полудуплексе (Multipoint) двухсторонний обмен возможен между любыми устройствами, но только с условием временного разделения потоков информации. В этом случае терминальные резисторы должны быть установлены на обеих сторонах основного канала передачи и приема.

Интерфейсы LVDS (один передатчик - несколько приемников, стандарт TIA/EIA-644) не позволяют напрямую организовать двунаправленный многоточечный обмен, как это возможно с помощью интерфейсов RS-485 (стандарт TIA/EIA-485). Для создания многоточечного полудуплексного режима "Несколько передатчиков - несколько приемников на одной шине" был создан многоточечный интерфейс M-LVDS (стандарт TIA/EIA-899-2001), с помощью которого возможен двухсторонний обмен данными (Half-Duplex Multipoint - многоточечный полудуплекс). M-LVDS - это высокоскоростной экономичный многоточечный RS-485, позволяющий создать сеть, включающую в себя до 32 узлов со скоростью обмена до 500 Мбит/c.

Интерфейсные  микросхемы LVDM имеют в два раза более мощный токовый выход. Это  необходимо при работе на линию с  двумя согласующими резисторами (полудуплексный обмен). Эти приборы были специально разработаны для создания скоростной шинной архитектуры M-LVDS. У фирмы National Semiconductor подобные микросхемы называются BusLVDS или BLVDS. Для LVDM и BusLVDS выходной ток лежит в пределах от 8 до 10 мА. Для M-LVDS - около 11 мА.

 

3.3 Аудиостандарты

Мультимедийные терминалы, используемые для видеоконференций, традиционно предоставляют полнодуплексный (двусторонний) звук, при котором общение протекает естественно, без потери фрагментов разговора. Обеспечивается фильтрация фоновых шумов, эхоподавление и автоматический контроль усиления.

На качество звука влияет диапазон передаваемых звуковых частот: ухо человека воспринимает частоты в диапазоне от 20 Hz до 20 kHz. Речевая информация обычно содержится в диапазоне от 100 Hz до 7 kHz. Музыка и другие звуки занимают более широкий диапазон.

3.4 Аудио кодеки

G.711 (обязательный) - алгоритм кодирования узкополосного  звука (3.1 kHz) в канале 48, 56 или 64 Кбит/С, обеспечивает качество  на уровне обычной телефонной  связи

G.722 - алгоритм  кодирования широкополосного звука  (7 kHz) в канале 48, 56 или 64 Кбит/С; обеспечивает более высокое качество звука, чем G.711, но более требователен к полосе пропускания

G.728 - алгоритм  кодирования узкополосного звука  (3.4 kHz) в канале 16 Кбит/С, с использованием  метода LD-CELP; обеспечивает хорошее качество звука при низких скоростях передачи данных и позволяет высвободить полосу для видео (H.320, H.323)

G.723.1 - алгоритм  кодирования узкополосного звука  в каналах 5.3 Кбит/С и 6.4 Кбит/С;  встроенная поддержка подавления  пауз, обеспечивает совместимость с системами полудуплексного звука (H.324, H.323)

G.729 A/B -алгоритм  кодирования звука с использованием  метода AS-CELP.

Приложение A: упрощенный, более экономный алгоритм, с некоторой  потерей качества

Приложение B: подавление пауз и генерация комфортного шума в паузах

3.5 Совместная  работа с данными

T.120 - группа  стандартов для совместной работы  с приложениями и документами  в реальном времени, обмена  текстовыми сообщениями и файлами;  взаимодействия с помощью электронной  «классной доски».

3.6 Стандарты для видеоконференций

H.320 - набор стандартов ITU-T для видеоконференций в сетях  с коммутацией каналов. Таких  как ISDN, дробные сети T1, E1 и др.

H.321 - рекомендации  по организации видеоконференций  с использованием широкополосной ISDN, ATM.

H.322 - стандарт для видеоконференций в сетях с коммутацией пакетов и гарантированным качеством обслуживания.

H.323 - расширение  стандарта H.320 для видеоконференций  в локальных и других сетях  с коммутацией пакетов.

H.324 - рекомендации  по организации видеоконференцсвязи по аналоговым телефонным сетям общего пользования.

3.7 Стандарты  связи и управления

H.221 - структура  кадра в каналах 64 ? 1920 Кбит/С  (H.320)

H.231 - рекомендации  по работе видеосерверного оборудования (MCU) по протоколу H.320

H.242 - управляющие  процедуры и протокол для установления связи между терминалами в каналах до 2 Mbps (H.320)

Q.931 - сигнальный  протокол для установления и  разрыва связи с терминалами  (H.323)

RAS - (Registration/Admission/Status) - коммуникационный протокол для  взаимодействия терминалов и контроллера зоны (H.323)

H.225 - сигнальные  протоколы для установления связи  между терминалами в пакетных  сетях и форматы пакетизации  и синхронизации потока (H.323)

H.235 - обеспечение  безопасности в системах H.323: аутентификация  участников, шифрование передаваемой информации

H.243, H.245 - рекомендации  по работе видеосерверного оборудования (MCU) по протоколу H.323

H.281 - управление  удаленной камерой

H.331 - рекомендации  по потоковому видео (streaming)

H.450.x - серия  дополнительных служебных протоколов

3.8 Архитектура  систем видеоконференцсвязи

Для организации  видеоконференций используются следующие  устройства:

Кодек (codec) - устройство для преобразования аналоговых (аудио, видео) сигналов в цифровой поток  битов и обратного преобразования цифровых сигналов в аналоговые сигналы.

Терминалы абонентов  с поддержкой аудио и видеосвязи - индивидуальные или групповые видеосистемы или IP-телефоны.

Серверы многоточечной  связи (MCU). MCU H.323 совмещает в себе обязательный многоточечный контроллер, управляющий соединениями, и один или несколько опциональных мультимедийных процессоров, назначение которых - микширование аудио и видеосигналов, поступающих от многих участников.

 

3.9 Шлюзы

Соединяют коммутируемые ISDN-сети с пакетными IP-сетями.

В функции шлюза входит преобразование форматов передачи данных и коммуникационных процедур (H.225/H.221 и H.245/H.242).

Дополнительно, шлюз отвечает за транскодирование аудио  и видеосигналов и выполняет  настройку и закрытие соединений.

Контроллеры зоны - это программные модули, которые авторизуют подключения, транслируют используемые в системе имена терминалов и шлюзов в IP-адреса, маршрутизируют запросы через шлюзы. Кроме того, контроллеры зоны предоставляют дополнительные услуги, такие как управление шириной полосы, переадресация вызова, поддержка службы каталогов, статистические отчеты для биллинговых систем.

Сетевые экраны и прокси-серверы (firewalls и proxies) предотвращают  несанкционированный доступ к конференции  в случае связи через Интернет.

Потоковое видео - Некоторые системы видеоконференцсвязи поддерживают потоковое видео (streaming) - трансляцию живого видео и презентаций для пользователей, которые не участвуют в конференции.

Для просмотра  клиенты используют специальное  программное обеспечение: Cisco IP/TV или Apple QuickTime

Цифровые сети, предоставляемые различными операторами

( провайдерами ), могут использовать самые различные  технологии, включая ISDN ( PRI и/или  BRI), IP, Frame Relay и ATM.

ISDN

ISDN - Цифровая  сеть с интеграцией услуг ( Integrated Service Digital Network ), или ISDN-сеть, определена международным стандартом для передачи голоса, видео и данных через цифровые телефонные линии или обычные телефонные провода. Пользователям ISDN известны два типа интерфейсов: BRI (Basic Rate Interface, интерфейс базового уровня скорости) и PRI (Primary Rate Interface, интерфейс основного уровня скорости). ISDN поддерживает передачу данных по каналам, кратным 64 Кбит/С. Каждый BRI канал состоит из двух В-каналов (64Кбит/С каждый) и одного D- канала (16 Кбит/С). PRI канал состоит из 30-ти B-каналов и одного D-канала, 64Кбит/С каждый.

Стандарт Н.320 определяет регламент проведения видеоконференций в сетях ISDN. Технология инверсного мультиплексирования (Bandwidth ON Demand) позволяет объединять по мере необходимости несколько B?каналов, чтобы получить большую пропускную способность. Типичным является использование полосы 2B (128 Кбит/С) для двусторонней конференции между настольными персональными системами; полоса 6B (384 Кбит/С), как правило, используется для групповой связи.