Network ins

Верица Васиљевић

Висока школа електротехнике и рачунарства струковних студија

Рачунарске мрежe

Поглавље 4 и 5Комуникациони модел

Аналогни и дигитални пренос података

Рачунарске мреже

Пренос Све информације

• говор• подаци• слика

Преносе се електромагнетским таласима

Рачунарске мреже

Термини

Предајник

Пријемник

Медијум (средина)• Жични• Бежични

Рачунарске мреже

Комуникациони модел

Рачунарске мреже

Комуникациони модел - пример

Рачунарске мреже

Комуникациони модел

Рачунарске мреже

Податак је репрезентација чињеница, концептаили инструкција форматизованих наодговарајући начин.

Информација је значење које човек додељујеподацима.

Податак и информација

Рачунарске мреже

Директна веза

Тачка тачка

Више тачака

Термини

Рачунарске мреже

Симплекс• једносмерно

Полудуплекс• двосмерно, не истовремено

Потпуни дуплекс• двосмерно, истовремено

Термини

Рачунарске мреже

Временски домен (концепт временскогдомена):• Аналогни сигнал• Дигитални сигнал

Врсте сигнала

Рачунарске мреже

Апериодични сигнал

Периодични сигнал

Врсте сигнала

Рачунарске мреже

Максимална амплитуда (Am, A)

Учењстаност (f)• T = 1/f

Фаза (, θ)• Релативна позиција у времену

Синусни сигнал(простопериодични сигнал)

Рачунарске мреже

Синусни сигналs(t) = A sin(2ft +θ)

Рачунарске мреже

Сигнал се може представити преко компоненантаразличите учестаности

Компонете су простопериодични синусни иликосинусни сигнали

Фреквенцијски домен

Рачунарске мреже

Сваки сигнал може се представити као скуп одпростопериодичних комонената сигнала(синусних или косинусних).

Фуријеова анализа

Може се нацртати функција у фреквенцијскомдомену

Фреквенцијски домен

Рачунарске мреже

Сабирање f и 3 f (T=1/f)

Рачунарске мреже

Представљање у фреквенцијскомдомену

Рачунарске мреже

Спектар• Опсег учестаности које неки сигнал садржи

Апсолутни опсег• Ширина спектра

Ефективан опсег• Често само опсег• Узак опсег учестаности садржи (носи) највећи деоенергије сигнала

Једносмерна компонента (DC)• Компонента нулте учестаности

Спектар и опсег учестаности

Рачунарске мреже

Сигнал са једносмерномкомпонентом

Рачунарске мреже

Сигнал са три компоненте

Рачунарске мреже

Апроксимација дигиталног сигнала

Рачунарске мреже

Однос брзина преноса података иопсега

Сваки систем за пренос има ограничење којеучестаности пропушта (огрaничени пропусниопсег)

Због тога постоји ограничење у брзини податакакоје се могу остварит.

Рачунарске мреже

Аналогни и дигитални преносподатака

Подаци (Data)• Целине које “носе” “имају” значење

Сигнали (Signals)• Електрична или електромагнестка репрезентацијаподатака

Пренос - трансмисија (Transmission)• Пропагација и обрада сигнала

Рачунарске мреже

Аналогно• звук, видео сигнал

Дигитални• текст, цели бројеви

Аналогни и дигитални подаци

Рачунарске мреже

Спектар звучног таласа

Рачунарске мреже

Спектар говора

Рачунарске мреже

Фреквенцијски опсег људског уха иде од 20 Hz до 20 kHz• Човек опажа разлику од 2 Hz

Неке животиње, посебно пси могу чути и вишефреквенције

Начин на који људско ухо чује може да сепредстави логаритамском функцијом

Како човек чује?

Рачунарске мреже

Однос два снаге P1 и P1 изражава у децибелимапрема формули:

• PdB = 10log10 (Pa / Pb)

Како човек чује?

Рачунарске мреже

Снага сигнала: • обично опада експоненцијално• губитак се једноставно описује прекодецибела који су логаритамска јединица

Добитак и губитак у каскадном преносномпуту се може израчунати једноставнимсабирањем или одузимањем.

Снага сигнала

Рачунарске мреже

Децибели су мера за разлику између нивоадва сигнала

NdB=10log (P2/P1) • где je:• NdB = број децибела,• P1,2 = снага сигнала,

• log10 = логаритам за основу 10.

P1 P2

Снага сигнала

Рачунарске мреже

Када је однос снага дефинисан: NdB=10log (P2/P1) онда:

• појачање (G - Gain) има позитивну вредност а• слабљење (L - Loss) негативну вредност.

Слабљење се може дефинисати као односснаге сигнала на улазу и излазу преносногсистема• тада је његова вредност позитивна.

Снага сигнала

Рачунарске мреже

P2 = P1*10 **(NdB/10)• Губитак = 10 log (5/10) = 10 (-0.3) = - 3dB• Појачање = 10 log (10/5) = 10 (0,3) = 3dB

Пример 1: P2=P1

• NdB=10log10 (P2/P1) =10 log 10 (P2/P1) =• NdB=10 log 10 1 =0• 100 = 1

Снага сигнала

Рачунарске мреже

Снага (dBW)= 10 log [Снага(W) /1W] NdBW=10log10 (P2/ 1W)

Снага (dBmW)= 10 log [Снага(W) /1mW] NdBmW=10log10 (P2/ 1mW)

Снага сигнала

Рачунарске мреже

Претпостављамо да је P1 = 1 W и да желимо даизмеримо снагу релативно у односу на 1 W.

Пример 2: за 1 kW (1000 W) у децибелимаупотребићемо формулу:• NdBW=10log10 (P2/ 1W) =• 10log10 (1000/ 1) =10 log10 (103) • = 3*10 log10 (10) • = 30dB

Снага сигнала - примери

Рачунарске мреже

Пример 3: за 1mW (0,001 W) у децибелимаупотребићемо формулу:• NdBW=10log10 (P2/ 1W) =10log10 (0,001/ 1) =10

log10 (10-3) • =(-3)*10 log10 (10)• = -30dB

Снага сигнала - примери

Рачунарске мреже

dBi• dB(isotropic) — појачање антене у односу наидеалну изотропску антену која равномерноемитује енергију у свим правцима

Снага сигнала

Рачунарске мреже

Предност и мана дигиталногпреноса

Јефтинији

Мање осетљив на шум

Веће слабљење

Рачунарске мреже

Слабљење дигиталних сигнала

Веће слабљење снаге сигнала на вишимучестаностима Импулси су постали:

• заобљени и• смањени

Рачунарске мреже

Предајник на телефону претвара (конвертује) долазећи говорни (звучни) сигнал уелектромагнетски сигнал у опсегу 300Hz до3400Hz.

Пренос говора

Рачунарске мреже

Пренос говора кроз телефонскумрежу

Овај сигнал се преноси кроз телефонску мрежука пријемнику Пријемник репродукује звучни сигнал издолазећег електромагнетског сигнала.

Рачунарске мреже

Пренос бинарних података Често коришћени сигнал за бинарне податке судва константана напонска нивоа:• један ниво за бинарно „1” и• један ниво за бинарно „0”

Рачунарске мреже

представљају податке са континуалнопроменљивим електромагнетским таласима

Аналогни сигнали

Рачунарске мреже

представљају податке са секвенцаманапонских импулса

Дигитални сигнали

Рачунарске мреже

Аналогни сигнал преноси се без залажења уњегов садржај Слаби се простирањем (са раздаљином) Користе се појачавачи

• Појачавачи појачавају и шум

Аналогни пренос

Рачунарске мреже

Дигитални преносни систем бави се (анализирасадржај) Користе се обнављивачи сигнала -рипитери

(Repeaters)• рипитери примају сигнале• поново их “обновљене” шаљу• превазилази слабљење• шум се не појачава (већ одбацује)

Дигитални пренос

Рачунарске мреже

Грешка

Дигитални пренос и шум

Рачунарске мреже

Дигитална технологија• Ниске цене LSI/VLSI технологије

Искоришћење капацитета• Економичан је за везе великог пропусног опсега• Мултиплексирање је једноставније коддигиталних техника

Сигурност и приватност• Шифрирање (Encryption)

Предност дигиталног преноса

Рачунарске мреже

Релативно

слабљењ

еизраженоу

[dB

]

Учестаност [Hz]

Амплитудско слабљење

Рачунарске мреже

Узрок је различита брзина простирања сигнала узависности од учестаност кроз жичнетрансмисионемедијуме

Релативно

кашњењ

обвојницеизраженоу

[mse

c]

Учестаност [Hz]

Кашњење говорног канала

Рачунарске мреже

Додатни нежељени сигнал који се умеће измеђупредајника и пријемника

Шум

Сигнал + шум

Сигнал

Шум - сметња

Рачунарске мреже

Термички шум• Последица је термичког кретања електрона• Равномерне је расподеле (његова снага је иста насвим учестаностима)

• Бели шум

Врсте шумова

Рачунарске мреже

Интермодулациони• Сигнали који су збир иразлика оригиналнеучестаности које делемедијум

• На пример појавља секомпонента 2f0 и 4f0.

Врсте шумова

Рачунарске мреже

Преслушавање• Сигнал из једне линије “покупљен” од странедруге линије (укрштање путева)

Имулсни• Нерегуларни импулси• нпр. спољашње електромагнетске сметње• Кратког трајања• Великог интензитета

Врсте шумова

Рачунарске мреже

Брзина података• У битима у секунди – bps (b/s)• Брзина којом се могу преносити подаци

Ширина опсега• У циклусима у секунди - Hz• Ограничена је предајником и медијумом

Капацитет канала

Рачунарске мреже

За задати опсег B, највећа брзина сигнала је 2B

За задати бинарни сигнал, брзина податка којуможе да обезбеди са B Hz је 2B b/s

Никвистов опсег

Рачунарске мреже

Може се увећати употребом M сигнализационихнивоа

Никвист: C= 2B log2M

Никвистов опсег

Рачунарске мреже

Т= 2*tb => f=1/(2*tb)• R=1000b/s =>tb=1/1000=1ms,• Т= 2*tb = 2ms, f=1/(2* 10-3) • f1 = 0,5kHz

• R= 1M b/s => tb=1/ 106 =1μs, • T = 2*10-6 = 2μs, f = 1/(2* 10-6)= • f1 = 0,5 MHz

Опсег

Рачунарске мреже

Опсег

Рачунарске мреже

R=1kb/s => f1 = 0,5kHz

B = 5f1 - f1 = 4 f1 = 4*0,5kHz = 2kHz

R=1Mb/s => f1 = 0,5MHz

B = 5f1 - f1 = 4 f1 = 4*0,5kHz = 2MHz

Опсег

Рачунарске мреже

Опсег

Рачунарске мреже

Узима у обзир: • брзину података, • шум, и• ниво грешке

Већа брзина података, краће је трајање свакогбита, тако да шум утиче на већи број битова

За задати ниво шума, велика брзина значи већу(вероватноћу) грешке.

Шенонова формула за капацитетканала

Рачунарске мреже

Однос сигнал шум (изражава се у децибелима) –db.

SNdB=10 log10 (S/N),

• S- снага сигнала, • N - снага шума.

Капацитет: C = B log2(1+ S/N)

За S/N = 30dB и B=3000 Hz, C=30000 b/s

Шенонова формула за капацитетканала