Файл: Технологии программирования (Сбор и передача данных).pdf

Коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель также состоит из двух медных проводников, только эти проводники расположены не параллельно, а концентрически (или коаксиально). С помощью такой конструкции коаксиальный кабель позволяет достичь высоких скоростей передачи данных. В кабельных сетях доступа передатчик переносит цифровой сигнал в определенную полосу частот, и затем результирующий аналоговый сигнал посылается от передатчика к одному или нескольким приемникам.

Оптоволоконный кабель. Оптоволокно – это тонкий, гибкий кабель, по которому распространяются световые импульсы, представляющие собой биты информации. Один оптоволоконный кабель может передавать данные на очень значительных скоростях: от десятков до сотен гигабит в секунду. Они не подвержены электромагнитным помехам, имеют очень низкий уровень затухания сигнала на расстояниях до 100 км, а так же устойчивы к механическим воздействиям. Однако высокая стоимость оптических устройств делает не выгодным их применение на коротких расстояниях (как в ЛВС). [3]

Протоколы передачи данных

Компьютеров много, все они разные: оборудование, производители, скорости передачи данных и т.д. Чтобы один компьютер, мог успешно общаться с другим, нужно, чтобы они общались на одном языке, по одним и тем же правилам, иначе они не смогут друг друга понять. Такими правилами в компьютерных сетях являются протоколы передачи данных. [21]

Протоколы для проводной сети.

Стек протоколов TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) на сегодня является наиболее распространенным и функциональным. Он работает в локальных сетях любых масштабов. Кроме того, это единственный из протоколов, который позволяет работать глобальной сети Интернет.

Протокол был создан в 70-х годах прошлого века управлением Министерства обороны США. Именно с его подачи началась разработка протокола, целью которого было соединение любых двух компьютеров, как бы далеко они ни находились. [16]

В стек протоколов TCP/IP входит достаточно много протоколов, работающих на различных уровнях, но свое название он получил благодаря двум протоколам – TCP и IP.

TCP (Transmission Control Protocol) – транспортный протокол, предназначенный для управлением передачей данных в сетях, использующих стек протоколов TCP/ IP. IP (Internet Protocol) – протокол сетевого уровня, предназначенный для доставки данных в составной сети с использованием одного из транспортных протоколов, например TCP или UDP. Нижний уровень стека TCP/IP использует стандартные протоколы передачи данных, что делает возможным его применение в сетях с использованием любых сетевых технологий и на компьютерах с любой операционной системой.

Изначально протокол TCP/IP разрабатывался для применения в глобальных сетях, именно поэтому он является максимально гибким.

Недостатком TCP/IP-протокола является сложность администрирования сети. Так, для нормального функционирования сети требуется наличие дополнительных серверов, например DNS, DHCP и т. д., поддержание работы которых и занимает большую часть времени системного администратора. [16]

Для работы в сети интернет так же используется еще несколько протоколов:

- HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – данный протакол позваляет просматривать веб-страницы в Интернете, в окне браузера; [21]

- FTP (File Transfer Protocol) – специальный протокол, который служит для передачи файлов с компьютера на компьютер;

- POP (Post Office Protocol) — протокол, обеспечивающий прием электронных писем;

- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, обеспечивающий передачу электронных писем;

- telnet — это протокол удаленного доступа к серверу.[21]

Стандарты и интерфейсы для беспроводной сети.

Wi-Fi - это аббревиатура, которая произошла от английского словосочетания Wireless Fidelity, что означает "беспроводная передача данных" или "беспроводная точность". Это система короткого действия, покрывающая десятки метров и которая использует не лицензированные диапазоны частот для обеспечения доступа к сети. Это протокол и стандарт на оборудование для широкополосной радиосвязи, предназначенной для организации локальных беспроводных сетей. Данная технология предполагает наличие точки доступа/маршрутизатора Wi-Fi (стандарты 802.11a/b/g/n), которая обеспечивает стабильный доступ к сети из некоторой области радиусом до 45 метров в помещении и 90 метров на открытом пространстве (радиус действия зависит от многих условий и в вашем случаем может меняться).

Основные стандарты Wi-Fi:

• IEEE 802.11 - определяет набор протоколов для самых низких скоростей передачи данных и является базовым стандартом WLAN;
• IEEE 802.11a - Протокол не совместим с 802.11b и несет в себе более высокие скорости передачи чем 11b. Использует частотные каналы в спектре 5GHz. Максимальная пропускная способность до 54Мбит/c;
• IEEE 802.11b - стандарт использует более быстрые скорости передачи и вводит больше технологических ограничений. Использует частотные каналы в спектре 2.4GHz. Максимальная пропускная способность до 11Мбит/c;
• IEEE 802.11g - стандарт использует скорости передачи данных эквивалентные 11а. Используются частотные каналы в спектре 2.4GHz. Протокол совместим с 11b. Максимальная пропускная способность до 54Мбит/c;
• IEEE 802.11n - на данный момент это cамый передовой коммерческий Wi-Fi стандарт, который использует частотные каналы в спектрах 2.4GHz и 5GHz. Совместим с 11b/11a/11g. Максимальная пропускная способность до 300 Мбит/c. [20]

Bluetooth – это технология беспроводной связи, созданная в 1998 году группой компаний: Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba.

Основное назначение Bluetooth - обеспечение экономичной (с точки зрения потребляемого тока) и дешевой радиосвязи между различными типами электронных устройств, причем немалое значение придается компактности электронных компонентов, что дает возможность применять Bluetooth в малогабаритных устройствах размером с наручные часы.

Интерфейс Bluetooth позволяет передавать как голос (со скоростью 64 Кбит/сек), так и данные. Для передачи данных могут быть использованы асимметричный (721 Кбит/сек в одном направлении и 57,6 Кбит/сек в другом) и симметричный методы (432,6 Кбит/сек в обоих направлениях). Работающий на частоте 2.4 ГГц приемопередатчик, коим является Bluetooth-чип, позволяет в зависимости от степени мощности устанавливать связь в пределах 10 или 100 метров.

Bluetooth работает по принципу FHSS (Frequency-Hopping Spread Spectrum). Вкратце это можно объяснить так: передатчик разбивает данные на пакеты и передает их по псевдослучайному алгоритму скачкообразной перестройки частоты (1600 раз в секунду), или шаблону (pattern), составленному из 79 подчастот. "Понять" друг друга могут только те устройства, которые настроены на один и тот же шаблон передачи - для посторонних приборов переданная информация будет обычным шумом.

Основным структурным элементом сети Bluetooth является так называемая "пикосеть" (piconet) - совокупность от 2 до 8 устройств, работающих на одном и том же шаблоне. В каждой пикосети одно устройство работает как master, а остальные как slave. Master определяет шаблон, на котором будут работать все slave-устройства его пикосети, и синхронизирует ее работу. [10]

3G и 4G LTE

Все больше растет количество таких устройств, как смартфоны и планшеты под управлением операционных систем IOS и Android. [3]. Такие аппараты применятся для отправки почты, просмотра веб-страниц, общения в Twitter, загрузки музыки и используют туже самую беспроводную инфраструктуру, которая применяется в сотовой телефонии для отправки/получения пакетов через базовую станцию, обслуживаемую оператором мобильной связи. Но, в отличие от технологии Wi-Fi, в данном случае пользователь может находиться на расстоянии нескольких десятков километров от базовой станции (а не десятков метров).

Телекоммуникационные компании вложили огромные инвестиции в беспроводные мобильные сети третьего поколения (3G), которые обеспечивают доступ в Интернет, используя беспроводные технологии доступа с коммутацией пакетов на скоростях, превышающих 1 Мбит/с.[3]

Технология LTE (Long-Term Evolution буквально с англ. — долговременное развитие) своими корнями уходит в 36-технолотию и может потенциально предоставлять скорости, превышающие 10 Мбит/с.

В сетях LTE применяется сочетание частотного и временного мультиплексирования нисходящего канала, называемое также мультиплексированием с ортогональным разделением частот (Orthogonal Frequency Division Multiplexing — OFDM). В данном случае термин ‹ортогональный› подчеркивает то, что сигналы, посылаемые в разные частотные каналы, практически не накладываются один на другой, даже если разрыв между частотами каналов очень невелик.[3]

В сети LTE каждому мобильному узлу предоставляется один или несколько временных промежутков длиной 0,5мс в одной или нескольких частотах канала. Предоставление мобильному узлу значительно большего количества временных промежутков (на одной или нескольких частотах) позволяет достичь значительно больших скоростей передачи данных. Выделение и повторное выделение временных промежутков для мобильных узлов может производиться. внимание. Один раз в миллисекунду! Кроме того, для изменения скорости передачи данных могут использоваться различные схемы модуляции.

Еще одной инновацией в сетях радиодоступа LTE является использование сложных антенн многоканального ввода и многоканального вывода (MIMO). Максимальная скорость передачи данных пользовательского устройства в сетях LTE по нисходящему каналу составляет 100 Мбит/с и Мбит/с - по восходящему при полезном использовании 20 МГц беспроводного спектра. [3]

2 Обработка и хранение данных

2.1 Формализация данных

Формализация — это сведение некоторого содержания (содержания текста, смысла научной теории, воспринимаемых сигналов и пр.) к выбранной форме.

Возможность формализации опирается на фундаментальное положение, которое называют основным тезисом формализации: существует принципиальная возможность разделения объекта и его обозначения.

Суть объекта не меняется от того, как мы его назовем. Это значит, что мы можем назвать его так, чтобы это имя наилучшим образом соответствовало (с нашей точки зрения) данному объекту. Отрицание основного тезиса формализации означает, что имя объекта выражает его суть. В этом случае каждому объекту должно быть поставлено в соответствие только одно имя.

Из основного тезиса формализации следует сама идея моделирования.

Для обозначения объекта вводится некоторый набор знаков.

Знак — это элемент конечного множества отличных друг от друга элементов.

Основные черты знака:

- способность выступать в качестве заместителя объекта;

- неотождественность знака и объекта — знак никогда не может полностью заменить обозначаемое;

- многозначность соответствия «знак — объект».

Компьютерное моделирование

Язык — это знаковая система, используемая для целей коммуникации и познания. Языки можно разделить на естественные и искусственные.

Естественные (обычные, разговорные) языки складываются стихийно и в течение долгого времени. Искусственные языки создаются людьми для специальных целей или для определенных групп людей (язык математики, морской язык, языки программирования и т. д.). Характерной их особенностью является однозначная определенность их словаря, правил образования выражений и конструкций (строго формализованы). В естественных языках они частично формализованы. Каждый язык характеризуется: набором используемых знаков;

- правилом образования из этих знаков языковых конструкций;

- набором синтаксических, семантических и прагматических правил использования языковых конструкций. [23]

Алфавит — это упорядоченный набор знаков, используемых в языке.

В информатике нас прежде всего интересуют модели, которые можно создавать и исследовать с помощью компьютера. С помощью компьютера можно создавать и исследовать множество объектов: тексты, графики, таблицы, диаграммы и пр. Компьютерные технологии накладывают все больший отпечаток на процесс моделирования, поэтому компьютерное моделирование можно рассматривать как особый вид информационного моделирования.

В последние годы благодаря развитию графического интерфейса и графических пакетов широкое развитие получило компьютерное, структурно-функциональное моделирование. Суть имитационного компьютерного моделирования заключена в получении количественных и качественных результатов функционирования моделируемой системы по имеющейся модели. Качественные выводы, получаемые по результатам анализа модели, позволяют обнаружить неизвестные ранее свойства сложной системы: ее структуру, динамику развития, устойчивость, целостность и пр. Количественные выводы в основном носят характер прогноза некоторых будущих или объяснение прошлых значений параметров, характеризующих систему.