P_4.0 Prenos Podataka PPT

6.4.2015.

1

Fakultet Informacijskih Tehnologija, Mostar

PRENOS PODATAKA

Raunarske mree

Predava:

doc.dr. Zanin [email protected]

Raunarska mrea je komunikacijski sisteminformacija se generirana na izvoritu i dostavlja odreditu. Osnovni elementi komunikacijskog sistema su:

Izvor generie podatake za prenos.

Predajnik transformie podatke u oblik pogodan za prenos Prenosni sistem spaja izvor i odredite.Prijemnik prihvata signal iz prenosnog sistema i transformie ga u oblik pogodan za odredite.

Odredite prihvata prenijete podatke.

6.4.2015.

2

Kljuni poslovi u komunikacijskom sistemu su: Povezivanje ureaja na komunikacijski sistem; Generiranje signala propagacija, regeneracija, domet; Sinhronizacija poiljaoca i primaoca; Razmjena podataka prema odgovarajuem protokolu; Otkrivanje i ispravljanje greaka;

Kontrola toka - usaglaavanje brzine slanja i prijema; Adresiranje i usmjeravanje Oporavak nastavak transfera od mjesta prekida; Formatiranje - dogovor o duini i strukturi podataka; Zatita na prenosnom putu, autentinost podataka;

Upravljanje mreom konfigurisanje, nadgledanje, odravanje i planiranje.

6.4.2015.

3

dva su osnovna naina prenosa podataka.

Stariji tip: veza izmeu izvorita i odredita uspostavlja se kroz vorove, na nain da se zauzima cijela prenosna linija.Karakteristian primjer je javna telefonska komutirana mrea. Drugi tip je paketni nain:poruka se dijeli u manje cjeline pakete (okvire),paketi se mogu usmjeravati po razliitim spojnim putevima karakteristian za Internet.

Postoji i trei nain prenosa podataka,:paketni prenos podataka gdje svi paketi prolaze istu putanju.

Prenos podataka komutacijom kola (circuit switching). izmeu dva uesnika uspostavlja se vrsta direktna veza, ukupna informacija se prenosi putanjom koja je utvrena u toku uspostave veze.

6.4.2015.

4

Karakteristike:

veza postoji samo za dati prenos podataka. Trei se ne moe ukljuiti Druga dvojica ne mogu komunicirati zauzetim putem. Podaci se mogu prenositi maksimalnom brzinom.

Prenos podataka komutacijom paketa (packet switching). prvo se informacija dijeli u pakete prema protokolima. Paketi se upuuju do prvog rutera, u svakom ruteru se vri nezavisno usmjeravanje paketa. Izbor putanje se vri na osnovu kriterija koji vae u trenutku.

6.4.2015.

5

Paketi prolaze razliite putanje od izvorita do odredita. Sutina: u praznim prostorima mogu slati paketi tree strane

Znai: podaci razliitih izvorita mogu prolaziti istim putem. Prednost: ilaviji nain prenosa (uvijek ima jedan put). Mana: efektivna brzina manja od maksimalne zato to ga koriste vie uesnika u komunikaciji.

Prenos podataka virtualnom vezom (virtual circuit). Takoer se odnosi na paketni prenos.

Razlika: paketi se alju istim putem izmeu dva raunara. Virtualna kola su permanentna

Znai: definisane putanje, rijetko (nikada) se mijenjaju.

6.4.2015.

6

Podaci i dalje putuju kroz mreu ali tano odreenim putem.Paket nosi karakteristina polja i obiljeje date virtualne veze.Prednost: obezbjeuje odgovarajui kvalitet usluge. Npr., interaktivni prenos govora kroz mreu, vano obezbijediti da paketi podataka (kodirani govor), do primaoca stiu istom brzinom (ne postoji varijacija u kanjenju).

Proces konverzije digitalnih signala u analogne obrnuti proces demodulacija. ureaj koji vri modulaciju je modulator, ureaj koji vri demodulaciju je demodulator. dva povezana raunara trebaju oba ureaja za komuniciranje Objedinjavanje modulatora i demodulatora u modem. postoji nekoliko razlitih mehanizama modulacije. Najjednostavnija - amplitudna modulacija.

Modulacija

6.4.2015.

7

talas normalne amplitude oznaava bit 1

talas manje amplitude oznaava bit 0.

Modulacija

Podaci se mogu prenositi icom tako to se mijenja neko njeno fiziko svojstvo, npr. napon ili jaina struje. Kada se predstavi vrijednost napona kao funkcija vremena g(t), signal se moe modelirati i matematiki analizirati. an-Baptist Furije dokazao je da se svaka normalna periodina funkcija g(t) perioda T moe predstaviti kao zbir (moda beskonanog broja) sinusnih i kosinusnih funkcija

Teoretske osnove prenosa podataka

6.4.2015.

8

f=1/T osnovna frekvencija, c je konstantaan, bn amplitude n-tog harmonika (ko)sinusne funkcijeOvo je Furijeov red. Iz njega se moe rekonstruisati prvobitna funkcija; Signal podataka koji ima ogranieno trajanje moe se rastaviti u Furijeov redPojednostavljenje: njegov se profil stalno ponavlja

Teoretske osnove prenosa podataka

Vanost prethodne analize za prenos podataka:

stvarni kanali razliito utiu na signale razliitih frekvencija.Npr., b ASCII kodiranog (1 bajt) treba prenijeti: 01100010. napon signala koji alje raunar.

Srednjekvadratne amplitude, za prvih nekoliko lanova reda

Signali ogranieni propusnim opsegom

6.4.2015.

9

Furijeova analiza daje:

Nema transportnog medija koji prenosi signale bez gubitaka. Kada bi svi lanovi Furijeovog reda podjednako slabili, i amplituda signala bila bi manja, ili se signal ne bi izobliio,u prenosnim medijima razliite komponente Furijeovog niza razliito slabe, to dovodi do izoblienja signala.


Amplitude signala se po ici prenose bez slabljenja, poev od frekvencije 0, pa do neke frekvencije fc, iznad te granine frekvencije sve amplitude se smanjuju.Opseg frekvencija unutar kojeg se prenos vri bez veeg slabljenja je propusni opseg (bandwidth). Granina frekvencija u praksi nije tako otra, pa se propusni opseg esto definie kao opseg frekvencija od 0 do frekvencije pri kojoj snaga signala opadne na polovinu.


6.4.2015.

10

Propusni opseg je fiziko svojstvo transportnog medijumaobino zavisi od konstrukcije, debljine i duine ice (vlakna).Za jo ograniavanja propusnog opsega trebaju filteri. Npr. beini 802.11 smiju da upotrijebe priblino po 20 MHz.Filtriranje omoguava da signali podijele dati dio spektra,ime se poboljava ukupna efikasnost sistema. Znai, opseg frekvencija za neke signale ne poinje od 0.


Propusni opseg je i za njih irina pojasa frekvencija kroz koje prolaze, i informacija koja se moe prenijeti zavisi samo od te irine a ne od poetne i zavrne frekvencije pojasa. Signali koji zauzimaju frekvencije od 0 do neke maksimalne frekvencije su signali u osnovnom opsegu (baseband). Signali koji su pomaknuti na vii pojas frekvencija, su signali u transponovanom opsegu (passband).


6.4.2015.

11

Ako je uspostavljena brzina prenosa b (bitova/s), vrijeme da se, jedan za drugim poalje 8 bitova, je 8/b sek. Znai, frekvencija prvog harmonika je b/8 Hz. Obina govorna telefonska linija ima ugraenu graninu frekvenciju od oko 3000 Hz. To ogranienje znai da redni broj najvieg harmonika koji takva linija proputa iznosi oko 3000/(b/8) ili 24000/b.



6.4.2015.

12

Henri Nikvist (AT&T) je 1924. otkrio da i savren kanal ima ogranien kapacitet prenosa.

Izveo jednainu za max. prenosa kroz beumni kanal ograniene propusne moi.

Klod enon je 1948. proirio jednainu na kanale sa sluajnim (termodinamikim) umom. Taj lanak je najvaniji rad cijele teorije informacija.

Najvea brzina prenosa

Neka je B propusni opseg, V diskretni nivoi signala:najvea brzina prenosa (b/s) = 2B log2V

Npr., beumni kanal B = 3 kHz ne moe da prenosi binarne signale (dva naponska nivoa) brzinom veom od 6000 b/s.Ovo je samo za beumni kanali. U realnom okruenju postoji sluajni (termiki) um, on uvijek postoji zbog kretanja molekula u sistemu.


6.4.2015.

13

Termiki um je kolinik snage signala (S) i snage uma (N).obino se prikazuje na logaritamskoj skali: 10 log10S/N. Jedinice te logaritamske skale su decibeli (dB):S/N = 10 10 dB, S/N = 100 20 dB, S/N = 1000 30 dB

enonova je jednaina za kapacitet:maksimalna brzina prenosa kanala propusnog opsega B Hz i odnosa signala i uma S/N:

najvea brzina prenosa (b/s) = B log2(1 + S/N)To je najvei kapacitet koji stvarni kanal moe imati.Jednaina izvedena na osnovu teorije informacija i vai za sve kanale s termikim umom


Elektromagnetni spektar.

elektroni se kreu, proizvode elektromagnetne talase

prostiru se kroz okolinu (ak i u vakuumu). 1865. ih predvidio Maksvel, dokazao 1887. Herc.

Broj oscilacija talasa u sekundi zove se frekvencija (f) (Hz)Rastojanje izmeu dva talasna maksimuma (ili minimuma) je talasna duina, ().

Beini prenos

6.4.2015.

14

Kad se elektrino kolo spoji sa antenom elektromagnetnitalasi se mogu slati kroz prostor, gdje ih na nekoj udaljenosti moe primiti odgovarajui prijemnik. Sve beine komunikacije zasnivaju se na ovom principu.Svi elektromagnetni talasi, bez obzira na frekvenciju, u vakuumu se kreu istom brzinom.

Ta brzina (brzina svetlosti c), iznosi priblino 3 x 108 m/s

Beini prenos

U bakrenom ili optikom medijumu, brzina prostiranja elektromagnetnog talasa smanjuje se na oko 2/3 ove vrijednosti i poinje neznatno da zavisi od frekvencije. Brzina svetlosti je univerzalna granica brzine. Nikakav materijalni objekt niti signal ne mogu da je prevaziu Osnovni odnos izmeu f, i c (u vakuumu) je: f=cPoto je c konstanta, ako znamo f, moemo izraunati i obrnuto.

Beini prenos

6.4.2015.

15

radio-, mikro-, infracrveni i vidljivi svjetlosni talasi mogu se koristiti za prenos informacija ako im se modulira amplituda, frekvencija ili faza. Jo bolje bi bilo raditi sa ultraljubiastomsvjetlou, rendgenskim i gama-zracima jer su im frekvencije vie, ali se takvi talasi tee proizvode i tee moduliraju, ne prolaze lako kroz vrsta tijela i opasnost su za iva bia.

Beini prenos

Optika vlakna se prave od stakla koje se pravi od pijeska jeftina sirovina raspoloiva u neogranienim koliinama. Slabljenje svjetlosti pri prolasku kroz staklo zavisi od talasne duine svjetlosti i nekih fizikih svojstava stakla. Definie se kao kolinik ulazne i izlazne snage signala.

gubici snage signala za faktor 2 odgovaraju slabljenju od 10log102 = 3 dB.

6.4.2015.

16

slabljenje u decibelima po dunom kilometru vlakna. bliski infracrveni dio spektra koji se koristi u praksi. To su tri uska podruja talasnih duina centrirana oko 0,85, 1,30 i 1,55 mikrometara.

enon je pokazao: koliina informacija koju signal moe da prenese kanalom mijenja se u zavisnosti od primljene snage i srazmjerna je njegovom propusnom opsegu. Npr. podruje oko 1,30 m, na osnovu f=c dobije se poetna i zavrna frekvencija, pa je raspon frekvencija od oko 30 THz. razuman odnos snage signala i uma od, npr. 10 dB, dobija se brzina prenosa 300 Tb/s.

Zato projektanti mrea toliko vole optika vlakna

6.4.2015.

17

Za prenos se uglavnom koristi usko podruje (f/f

6.4.2015.

18

direktno sekvencijalno irenje spektrakoristi kodirani niz za prostiranje signala podataka preko ireg frekventnog podruja.Mnogo se koristi komercijalno zbog efikasnog koritenja frekventnog spektra jer vie signala koristi isto podruje. Metoda razliitog kodiranja vie signala zove se CDMA (Code Division Multiple Access, kodirani vietruki pristup. Na njoj se zasnivaju 3G mree mobilne telefonije, i za GPS.

ultra-irokopojasnoj tehnologija (ultra-wideband, UWB).UWB alje niz kratkih impulsa i varira njihov poloaj. Brzi prelazi izmeu impulsa daju signal tanko rairen po vrlo irokom frekventnom podruju. moe da podnese znatnu koliinu relativno jae interferencije od ostalih signala uskih podruja. ne prouzrokuje tetnu interferenciju, ima vrlo malu energiju kada se koristi za prenos na kratkim dometima.

Koristi se u beinim PANovima brzina do 1 Gb/s

6.4.2015.

19

Osobine radio-talasa:

lako se generiu,

mogu da prelaze velika rastojanja lako prolaze kroz zgrade,

prostiru se na sve strane od izvora tako da poloaj predajnika i prijemnika nije od velikog znaaja.

Ponekad je svojstvo irenja radio-talasa u svim pravcima (ne)poeljnokadilak

Prenos radio-talasima

radio-talasi zavise od njihove frekvencije. nie frekvencije: lako prolaze prepreke, snaga naglo pada vie frekvencije: tee da se prostiru pravolinijski i da se odbijaju od prepreka. Radio-talase viih frekvencija apsorbuje kia i druge prepreke, i to vie nego talase niih frekvencija. Bez obzira na frekvenciju, ometaju ih elektromotori i drugi elektrini ureaji.


6.4.2015.

20

uporedba slabljenja radio-talasa i signala u voenim ici: U ici signal gubi jednak dio snage po jedinici preene

udaljenosti radio-talas gubi jednak dio snage za udvostruenje

preene udaljenostiZnai, radio-talasi prelaze velika rastojanja i javlja se problem interferencije izmeu korisnika. Zato, sve drave strogo propisuju snagu i frekvenciju emitovanja svih radio-predajnika, osim u nekoliko sluajeva.


VLF, LF i MF radio-talasi prate krivinu Zemlje. Mogu se detektovati na razdaljini od moda 1000 km ako su frekvencije niske; Glavni problem sa primjenom radio-talasa iz ovog podruja za prenos podataka jeste njihov mali propusni opseg,


6.4.2015.

21

HF i VHF talase koji se prostiru povrinom apsorbuje tlo. Oni koji dosegnu jonosferu odbijaju se od nje i vraaju na Zemlju.U odreenim atmosferskim prilikama, signali se mogu odbijati vie puta.

Radio-amateri koriste ovo podruje da bi komunicirali I vojska za svoje potrebe koristi podruja visokih i vrlo visokih frekvencija.


IC talasi se koriste za beine komunikacije kratkog dometa:daljinski upravljai za televizore i stereo-ureajesrazmjerno lako se usmjeravaju, ureaji za njihovo generisanje i prijem su jeftini, ali ne prolaze kroz vrsta tijela. To je dobro i loeMoete li uiniti IC svjetlost vidljivom?

Infracrveni prenos

6.4.2015.

22

povezivanje LANova u dvije zgrade pomou laserskih ureaja na krovovima. Laserski zrak je po prirodi usmjeren, na oba kraja mora postojati i laser i fotodetektor. Takav sistem ima veoma veliku propusnu mo, izuzetno je jeftin i srazmjerno bezbjedan, zato to je uzak laserski snop teko presresti.

Relativno se lako instalira i za njega nije potrebno traiti zvaninu dozvolu vlasti.

Vidljiva svjetlost

temperaturne promjene i vjetar mogu izobliiti snop, koji uz to ne moe da prodre kroz kiu ili maglu, ali tokom sunanih dana obino radi odlino.

Vidljiva svjetlost

6.4.2015.

23

Najjednostavniji oblik digitalne modulacije:pozitivni napon za predstavljanje 1 i negativni napon za 0. U optikom vlaknu, 1 prisustvo, a 0 odsustvo svjetla. To je direktno binarno kodiranje Non-Return-to-Zero, NRZ. signal direktno prati binarni podatak

Digitalna modulacija i multipleksiranje

Na drugom kraju, prijemnik ga pretvara u bitove periodinim uzimanjem uzoraka signala. Ovaj signal nee biti identian poslanom. Bie oslabljen i izoblien umom i prolaskom kroz kanal. pozitivan napon znai da je poslana 1 a negativan da je 0.


6.4.2015.

24

U svim emama prijemnik mora znati gdje je kraj jednog a gdje poetak sljedeeg simbola, inae nee moi ispravno izvriti dekodiranje bitovaZato je 15 uzastopnih nula teko razlikovati od 16 uzastopnih nula, ukoliko nemamo veoma taan sat.

Rjeenje: prijemniku se alje zaseban signal radnog takta preko jo jedne ice; rasipnost


signal radnog takta se sa XOR pomijea sa signalompodataka, tako da zasebna ica nije potrebna Ovo je Manester kodiranje, koristi se u klasinom EthernetuKorak u dobrom smjeru bilo bi kodiranje 1 obaveznim prelazom, a 0 odsustvom prelaza; moglo bi i obrnuto.

To je kodiranje jedinice prelazom (Non-Return-to-ZeroInverted, NRZI). USB koristi NRZI za povezivanje raunarskih komponenti.


6.4.2015.

25

uravnoteeni signali imaju jednako pozitivnog i negativnognapona

Prelazi dobijeni uravnoteenjem pomau u rekonstrukciji radnog takta, poto se dobija mjeavina pozitivnih i negati-vnih napona.

Uravnoteen kod se dobije kada se za predstavljanje logike 1 upotrijebe dva naponska nivoa (npr. +1 i -1 volt), a za predstavljanje logike nule 0 V.Kada alje 1, predajnik naizmjenino alje nivoe +1 i -1 V, iji je prosjek uvijek nula. To je bipolarno kodiranje.


esto je potrebno za slanje informacija kroz kanal upotrijebiti opseg frekvencija koji ne poinje od nule. Kroz beine kanale nije praktino slati signale vrlo niskih frekvencija poto veliina antene mora biti srazmjerna talasnoj duini signala, na niskim frekvencijama je ogromna.izbor frekvencija diktira zakon i izbjegavanje interferencija.ak i u ianom prenosu, stavljanjem signala u odreena frekventna podruja, u isti kanal se moe smjestiti vie razliitih vrsta signala.


6.4.2015.

26

To je prenos u transponovanom podruju, za prenos se koristi proizvoljno premjeteno(transponovano) podruje frekvencija.digitalna modulacija se postie modulacijom noseeg signala ija frekvencija lei u tom podruju. Modulirati se moe amplituda, frekvencija ili faza signala. Svaka od tih metoda ima svoje ime.


digitalna amplitudna modulacija dvije su razliite amplitude za predstavljanje nule, odnosno jedinice.

U digitalnoj frekventnoj modulaciji, poznatoj i kao digitalna modulacija frekventnim pomjeranjem koriste se dva (ili vie) razliitih tonova.


6.4.2015.

27

U najjednostavnijem vidu digitalne fazne modulacije na poetku svakog simbola noseem talasu se sistematski obre faza za 0 ili 180 stepeni. Poto su to dvije faze, ova ema se zove binarna fazna modulacijaBolje je kada se faza mijenja za 45, 135, 225 ili 315 stepeni (kvadraturna modulacija faznim pomjeranjem, QuadraturePhase Shift Keying, QPSK).


Prethodne tehnike modulacije omoguuju slanje jednog signala za prenos bitova po (be)inoj vezi. na nain upotrebe mrea mnogo utie ekonomija obima. Zbog toga su razvijeni naini multipleksiranja, tj. sistemi za istovremeno prenoenje vie signala istim vodom.Multipleksiranje podjelom frekvencija (FDM) dijeli kanal na vie prenosa u transponovanim opsezima.

Spektar se dijeli u frekventna podruja koja se korisnicima dodjeljuju pojedinano za slanje signala.


6.4.2015.

28


U multipleksiranju sa ortogonalnom podjelom frekvencija (Orthogonal Frequency Division Multiplex-ing, OFDM), propusni opseg kanali se deli na vie pod-nosilacakoji podatke alju nezavisno.


6.4.2015.

29

multipleksiranje podjelom vremena (TDM). korisnicima se naizmenino daje prilika da neko kratko vrijeme koriste cijeli propusni opseg. U fiksnim vremenskim intervalima uzimaju se bitovisvakog od ulaznih tokova i alju unutar zajednikog izlaznogtoka.


Multipleksiranje podjelom koda (CDM) je oblik komunikacije u proirenom spektru, gdje se uskopojasnisignal iri po frekventnom opsegu. To ga moe uiniti otpornijim na interferenciju, ali i omoguiti da vie signala raznih korisnika podijeli isti opseg frekvencija. Poto se CDM uglavnom koristi zbog te druge mogunosti, najee ga nazivaju kodirani viestruki pristup (Code Division MultipleAccess, CDMA).


6.4.2015.

30

Analogija:aerodromski hol s mnogo putnika koji meusobno razgovaraju u parovima. TDM - svi putnici nalaze usred hola, ali razgovaraju tek kada na njih doe red. FDM - svaki par sagovornika govori drugom visinom glasa, jedni dubokim, drugi visokim glasovima, tako da svaki par moe istovremeno da vodi drugi razgovor nezavisno.


CDMA - svi putnici nalaze usred hola i svi istovremeno razgovaraju istom visinom glasa, ali svaki par na drugom jeziku. Par Francuza obraa panju samo na francuski jezik, zanemarujui sve drugo. Slino tome, u sistemu CDMA kljuno je izdvojiti samo eljeni signal i istovremeno sve drugo odbaciti kao pozadinski um.


P_4.0 Prenos Podataka PPT

Documents

Transcript of P_4.0 Prenos Podataka PPT