Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Конспект лекцій з навчальної дисципліни «Глобальна інформаційна інфраструктура» для студентів усіх форм навчання

Конспект лекцій з навчальної дисципліни «Глобальна інформаційна інфраструктура» для студентів усіх форм навчання




Сторінка1/4
Дата конвертації30.03.2019
Розмір0.49 Mb.
ТипКонспект
  1   2   3   4
Міністерство освіти і науки України ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ До друку і використання у навчальному процесі дозволяю.
Навча́ння - це організована, двостороння діяльність, спрямована на максимальне засвоєння та усвідомлення навчального матеріалу і подальшого застосування отриманих знань, умінь та навичок на практиці. Цілеспрямований процес передачі і засвоєння знань, умінь, навичок і способів пізнавальної діяльності людини.
Проректор з НМР _______________ Рубан І.В. “____”____________ 20___ р. КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ з навчальної дисципліни «Глобальна інформаційна інфраструктура» для студентів усіх форм навчання спеціальності 172 «Телекомунікації і радіотехніка» Всі цитати, цифровий, фактичний ЗАТВЕРДЖЕНО матеріал та бібліографічні відомості кафедрою ІМІ… перевірені, написання одиниць Протокол № 17 відповідає стандартам від «10» травня 2018р Упорядник: С. А Кривенко Відповідальний випусковий: В.М. Безрук Начальник НМВ І.О. Милютченко Начальник КВС РВВ Б.П. Косіковська Харків 2018 УДК 381.324:621.394.74 Конспект лекцій з навчальної дисципліни «Глобальна інформаційна інфраструктура» для студентів усіх форм навчання спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка» Упоряд. С.А.
Бібліографічні відомості - конкретні відомості про назву твору, його автора, видавництво, місце видання та ін.
Навча́льна дисциплі́на - згідно з визначенням в українському законодавстві: педагогічно адаптована система понять про явища, закономірності, закони, теорії, методи тощо будь-якої галузі діяльності (або сукупності різних галузей діяльності) із визначенням потрібного рівня сформованості у тих, хто навчається, певної сукупності умінь і навичок.
Кривенко Харків: ХНУРЕ, 2017. - 45с. Розглядаються загальні відомості щодо глобальної інформаційної інфраструктури.
Інформаці́йна інфраструкту́ра (англ. information infrastructure) - комплекс програмно-технічних засобів, організаційних систем та нормативних баз, який забезпечує організацію взаємодії інформаційних потоків, функціонування та розвиток засобів інформаційної взаємодії та інформаційного простору країни або організації.
Призначнений для студентів спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка». Може зацікавити фахівців з проектування систем і мереж зв’язку, а також інших інформаційних систем.
Інформацíйна систéма (англ. Information system) - сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів.
Іл. 0. Табл.3. Бібліогр.: 2 назв. Рецензент В.В. Ємельянов, канд. техн. наук, проф. каф. МЗ ЗМІСТ Вступ Дисципліна вивчається на першому курсі студентами магістерської підготовки, які готуються за спеціальністю «Телекомунікації і радіотехніка». ФУНКЦІОНАЛЬНА ПОБУДОВА І ІНТЕРФЕЙСИ 1. Ввідна лекція 1.1 Термінологія і тлумачення У назві дисципліни є одне поняття – інфраструктура, яке вимагає визначення. Слово це має англійське походження і пояснено в книзі «Словарь активного усвоения лексики английского языка – М.: Рус. Яз., 1988 – 710с. Infrastructure – the system which supports the operation of an organization: the country’s transport infrastructure (=its roads, railways, ets.). Таким чином, глобальна інформаційна інфраструктура – це система каналів зв’язку, які підтримують роботу глобальної інформаційної мережі. Interface: The common boundary between two associated systems (source: ITU-T I.112). Інтерфейс: спільна межа між двома звязаними системами (джерело: СЕКТОР СТАНДАРТИЗАЦІЇ МІЖНАРОДНОГО СОЮЗУ ЕЛЕКТРОЗВЯЗКУ I.112). 1.2 Модель цифрового каналу звязку Всі цифрові мережі зв’язку будуються на основі цифрового каналу. Теоретичні основи цифрового каналу звязку були закладені в сорокові роки 20-го століття К.Е. Шеноном в його прославленій роботі «Математична теорія звязку» [1948]. З рідкісною інтуїцією Клод Шенон відчув, що надійний цифровий звязок каналами і максимально ефективне перетворення аналогових сигналів в цифрову форму – два аспекти однієї проблеми і, отже, допускають загальний опис і майже однакове розвязання.
Ана́логовий сигна́л - сигнал (напруга, струм тощо), неперервний на всьому проміжку часу. Аналоговий сигнал є або вираженим синусоїдальним коливанням, або, у загальному випадку, розкладеним у ряд (Фур'є) накладанням синусоїдальних коливань певної амплітуди і частоти.
Це рішення, за суттю, зявилося вже в основоположній роботі Шенона. Наступні десятиліття цілий ряд дослідників був зайнятий уточненням і прикрашанням теорії і перекладом її на мову практичних розробок; їх зусилля супроводив розвиток технології, необхідної для реалізації продиктованих теорією методів і алгоритмів. Джерело 1 моделюється як випадковий генератор даних, або як підготовлений до передавання стохастичний сигнал. Модуль кодування джерела 2 здійснює відображення виходу джерела 1 в дискретну послідовність.
Сти́снення да́них (англ. data compression) - це процедура перекодування даних, яка проводиться з метою зменшення їхнього обсягу, розміру, об'єму.
Відображення, яке здійснюється модулем кодування 2, може бути взаємно однозначним, якщо саме джерело 1 має дискретний вихід. На деякий час замінимо канал 4 з модулем кодування 3 і декодування 5 безпосереднім зєднанням, так званим каналом без шуму. Якщо відображення модуля кодування 2 джерела взаємно однозначне, то модуль декодування джерела 6 надає одержувачу інформацію, в точності співпадаючу із створеною джерелом 1. При цьому модуль декодування 6 здійснює тільки зворотне відображення. Отже, призначення пари модуль кодування декодування джерела полягає в мінімальному представленні виходу джерела. Мірою стиснення даних, що досягається, служить швидкість, виражена числом символів в одиницю часу, які необхідні для повного представлення і подальшого відновлення декодером вихідної послідовності джерела. Мінімальна швидкість, з якою послідовність стохастичного дискретного джерела може бути передана по каналу без шуму з подальшим точним відновленням, повязана з основним параметром стохастичного джерела, званим ентропією. Запровадивши при кодуванні в каналі достатню, але обмежену надмірність, декодером каналу можна відновити вхідну послідовність з будь-якою бажаною точністю. Міра надмірності, що вводиться, визначається швидкістю, рівною числу дискретних символів в одиницю часу на вході модуля кодування і на виході модуля декодування каналу. Головний результат роботи Шенона полягає в тому, що якщо швидкість на вході модуля кодування каналу не перевищує деякої межі, яка визначається пропускною спроможністю каналу, то існують такі операції кодування і декодування, які при досить довгих послідовностях можуть забезпечити асимптотичне безпомилкове відновлення вхідної послідовності. Пропускна спроможність – основний параметр каналу, яка є функцію від умовного розподілу ймовірності в каналі.
Умовний розподіл у теорії ймовірностей - це розподіл випадкової величини за умови, що інша випадкова величина набуває визначене значення.
З теорії кодування джерела і теорії кодування в каналі витікає, що якщо мінімальна швидкість, при якій дискретна послідовність джерела може бути однозначно представлена модулем кодування джерела, менше максимальної швидкості, при якій вихідна послідовність каналу може бути безпомилково відновлена декодером каналу, то система може передати цифрові дані від джерела 1 до одержувача 7 з скільки завгодно великою точністю.
Теорія кодування - це вивчення властивостей кодів та їх придатності для специфічних задач. Коди використовуються для стиснення даних, криптографії, знаходження і виправлення помилок і від недавнього часу для мережевого кодування[en].
Це справедливо і для аналогових джерел з тією різницею, що при певних допустимих похибках, які задають мінімальну швидкість джерела, ця швидкість повинна бути менше згаданої максимальної швидкості каналу. Математична теорія звязку майже із самого початку одержала назву теорії інформації.
Теóрія інформáції - це розділ математики, який досліджує процеси зберігання, перетворення і передачі інформації. Теорія інформації тісно пов'язана з такими розділами математики як теорія ймовірностей і математична статистика.
І хоча один з аспектів вказаної теорії повязаний з визначенням інформації і зясуванням її сенсу з позицій інженера, до головних досягнень теорії слід віднести зясування можливостей і обмежень систем цифрового звязку у формі, корисній для інженера-звязківця. 1.3 Структура курсу В першому тематичному модулі розглядається функціональна побудова, інтерфейси, характеристики і технології глобальної інформаційної інфраструктури мережі мобільного звязку стандарту GSM. В другому тематичному модулі узагальнюється функціональна побудова, інтерфейси, характеристики і технології глобальної інформаційної інфраструктури. Разом перший та другий тематичний модулі входять до складу першого залікового модуля. Третій тематичний модуль присвячений розгляду всіх життєвих циклів глобальної системи. У четвертому тематичному модулі детально розглянуті виділені канали на прикладі протоколу PPP. Описані основні компоненти, процеси і операції, що визначають функціонування протоколу точка-точка (Point-to-Point Protocol, PPP). Комутовані канали розглядаються в пятому тематичному модулі. Опис служб, стандартів, компонентів, принципу дії і конфігурації цифрової мережі інтегрованих служб є прикладом комутації каналів. Аналогічний опис протоколу ретрансляції кадрів представляє комутацію пакетів. Завершує дисципліну докладний опис правил експлуатації цих каналів (Integrated Services Digital Network ISDN & Frame Relay). 2.
Мере́жа з комута́цією кана́лів - вид телекомунікаційної мережі, у якій між двома вузлами мережі повинне бути встановлене з'єднання (канал), перш ніж вони почнуть будь-який обмін інформацією. Це з'єднання протягом усього сеансу обміну інформацією може використовуватися тільки вказаними двома вузлами.
Frame relay (англ. ретрансляція кадрів, FR) - протокол канального рівня мережевої моделі OSI. Служба комутації пакетів Frame Relay в наш час (2007) широко поширена в усьому світі. Максимальна швидкість, яку допускає протоколом FR - 34.
Функціональна схема 2.1 Структурна схема, яка прийнята в стандарті GSM Кожна мобільна станція MS має свій ідентифікаційний міжнародний номер мобільного абонента (International Mobile Subscriber Identity – IMSI), записаний в модуль ідентифікації абонента (Subscriber Identity Mobile – SIM).
Функціона́льна схе́ма - схема, що роз'яснює певні процеси, що відбуваються у певних функціональних частинах виробу (устаткування) чи у виробі (устаткуванні) в цілому.
Структу́рна схе́ма - схема, яка визначає основні функціональні частини виробу, їх взаємозв'язки та призначення. Під функціональною частиною розуміють складову частину схеми: елемент, пристрій, функціональну групу, функціональну ланку.
Кожній MS привласнюється ще один міжнародний ідентифікаційний номер (International Mobile Station Equipment Identity — IMEI), який використовується для виключення доступу до мереж GSM викрадених станцій, або станцій, які не володіють такими повноваженнями. 2.2 Система комутації Устаткування системи базових станцій BSS складається з контролерів (Base Station Controller – BSC) і базових приймально-передавальних станцій (Base Transceiver Station – BTS).
В радіозв'язку ба́зова ста́нція - це системний комплекс приймально-передавальної апаратури, що здійснює централізоване обслуговування групи кінцевих абонентських пристроїв.
Одна базова приймально-передавальна станція обслуговує один частотний канал і 8 часових інтервалів. Один контролер BSC може управляти декількома станціями BTS. BSC – Base Station Controller – контролер базової станції; BTS – Base Transceiver Station – базова приймально-передавальна станція; MS – Mobile Station – мобільна станція; MSC – Mobile Switching Center – центр комутації рухомого звязку; PSTN – Public Switched Telephone Network – телефонна мережа загального користування; PDN – Public Data Networks – мережа передавання даних загального користування; ISDN – Integrated Services Digital Network – цифрова мережа інтегрального обслуговування;
Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.
PSTN (англ. Public Switched Telephone Network, рос. Телефонная сеть общего пользования, ТСОП, ТфОП) - це планетарна телефонна мережа загального користування (ТМЗК), для доступу до якої використовуються звичайні проводові телефонні апарати, міні- АТС і обладнання передавання даних.
ISDN (англ. Integrated Services Digital Network) - цифрова мережа з інтегрованими службами (послугами) - це загальнодоступна телефонна мережа, що використовує цифрову технологію передавання сигналу і включає великий набір цифрових послуг, які стають доступними для кінцевих користувачів.
HLR – Home Location Register – домашній регістр місцеположення;
Home Location Register, HLR (англ. The Home Location Register) - база даних, що зберігає інформацію про кожного користувача мережі стільникового зв'язку. Як правило, HLR реалізується як кластер з декількох серверів.
VLR – Visitor Location Register – гостьовий регістр місцеположення; AUC – Authentication Center – центр підтвердження автентичності; EIR – Equipment Identity Register – регістр ідентифікації устаткування; ADC – Administration Center – адміністративний центр; NMC – Network Management Center – центр управління мережею; OMC – Operations and Maintenance Center – центр управління і обслуговування. Устаткування підсистеми комутації SSS має наступні елементи: центр комутації (Mobile Switching Center – MSC); домашній регістр (Home Location Register – HLR); гостьовий регістр (Visitor Location Register – VLR); центр підтвердження автентичності (Authentication Center – AUC) та регістр ідентифікації устаткування (Equipment Identity Register – EIR). 2.3 Три види інтерфейсів GSM В системах GSM існують три види інтерфейсів: для зєднання із зовнішніми мережами; між різним устаткуванням мережі GSM; між GSM і зовнішнім устаткуванням (рекомендація GSM 03.02). Перший вид інтерфейсу: а) інтерфейс з мережею PSTN. Здійснюється центром MSC по каналу 2Мбітс відповідно до протоколу SS№7. Електричні характеристики відповідають рекомендації ITU-T G.732; б) інтерфейс з мережею ISDN. Для зєднання застосовують чотири лінії звязку 2Мбітс, які підтримують протокол SS№7 і відповідають рекомендаціям ITU-T Q.700; в) з міжнародними мережами GSM. Здійснюється на підставі протоколів управління з’єднаннями (Signalling Connection Control Part – SCCP) між шлюзами мережної комутації рухомого звязку (Gateway Mobile-services Switching Centre – GMSC). Внутрішні GSM-інтерфейси: інтерфейс А – між центром MSC і системою BSS, забезпечує передачу сигналів для управління системи BSS, передачу виклику, управління пересуванням, обєднує канали звязку SS№7 і відповідає специфікації GSM 08.ХХ; інтерфейс В – між центром MSC і регістром HLR, який поєднаний з регістром VLR; інтерфейс C – між центром MSC і регістром HLR; інтерфейс D – між регістрами HLR і VLR, використовується для розширення обміну даними про положення мобільної станції MS і управління процесом звязку;
Управлі́ння проце́сом - це сукупність заходів з планування та моніторингу виконання процесу. Термін часто використовують описуючи управління бізнесовими та виробничими процесами.
інтерфейс Е – між центрами комутації MSC, забезпечує взаємодію між різними MSC при здійсненні процедури естафетної передачі (hand over), тобто передачі абонента із зони в зону при пересуванні в процесі сеансу звязку, без її перерви; інтерфейс A-bis – між станцією BTS і контролером BSC, визначений для процесів встановлення зєднання і управління устаткуванням, передача виконується потоком 2Мбітс, можливий фізичний інтерфейс 64кбитс; інтерфейс О – між контролером BSC і центром ОМС, що здійснюється за протоколом Х.25; внутрішній інтерфейс контролеру BSC – звязок між устаткуванням базових станцій, устаткуванням кодування, використовується імпульсно-кодова модуляція 2,048Мбітс, дозволяє організувати з чотирьох каналів 16 кбитс канал – 64 кбитс;
І́мпульсно-ко́дова модуля́ція (ІКМ або PCM - англ. Pulse Code Modulation) - процес перетворення аналогового сигналу у цифровий сигнал, коли через певні інтервали часу беруться відліки аналогового сигналу і незалежно один від одного квантуються і далі кодуються цифрами.
інтерфейс Um – між станціями MS і BTS (рекомендації GSM 04.ХХ, GSM 05.ХХ); мережний інтерфейс між центрами ОМС та мережею, інтерфейс визначений рекомендаціями GSM 12.01. Третій вид – інтерфейси між мережею GSM і зовнішнім устаткуванням: інтерфейс між центром комутації MSC і сервіс центром (Service Centre – SC) потрібен для реалізації служби передачі коротких повідомлень (GSM 03.40, 3GPP TS 23.040); інтерфейс до іншого центру ОМС. Кожен ОМС повинен зєднуватися з іншими центрами ОМС, які управляють мережами в інших регіонах або іншими мережами. 3. Зони обслуговування 3.1 Класифікація зон обслуговування Зони обслуговування глобальної інфраструктури: антени (Cell); зона місцезнаходження або пошуку (Location Area); зона обслуговування центру комутації рухомого звязку MSC (MSC Service Area); зона обслуговування національної телефонної мережі (PLMN Service Area); зона обслуговування глобальної телефонної мережі мобільного зв’язку (GSM Service Area). 3.2 Система нумерації мережі GSM Такий похід до функціональної організації визначає і систему нумерації мережі GSM. Враховуючи, що стільникових телефонних мереж GSM (1) може забезпечити звязок MS з стаціонарними абонентами PSTN ( ISDN), а через неї і з абонентами інших мереж електрозвязку, вона повинна входити в загальний план нумерації стаціонарної PSTN відповідно до рекомендацій МККТТ Е. 164.
План нумера́ції - один із видів схем нумерації, використовуваний в телекомунікаціях. Фактично, це набір правил, які означають, як потрібно створювати номери. Наприклад, більшість телефонних номерів відповідають плану нумерації E.164.
При цьому номер рухомої станції в загальному плані нумерації MSISDN (Mobile Station ISDN Number) містить: код країни, код мережі, номер абонента. Для України буде представлений як 380677237551. Проте телефонні мережі GSM є мережею виділеного персонального зв’язку і може обєднувати мережі різних країн. Тому відповідно до рекомендацій GSM в межах мережі GSM прийнята єдина нумерація, і при реєстрації абоненту привласнюється єдиний міжнародний номер IMSI, довжина якого не повинна перевищувати 15 цифр. Структура номера IMSI аналогічна структурі номера MSISDN, але під код країни в мережі GSM відводяться 3 цифри; під код мережі 1-2 цифри; під номер абонента максимум 11 цифр. Крім того, виникає проблема при маршрутизації вхідних викликів в MSC від стаціонарної телефонної мережі через те, що MS, вільно переміщаючись, може змінювати зони обслуговування. Унаслідок чого, у відмінності від стаціонарних телефонних мереж, в обліковому номері (MSISDN, IMSI) не може бути закладений код логічного напряму звязку, що однозначно визначає MSC, в зоні обслуговування якого в даний момент знаходиться MS. Щоб забезпечити можливість маршрутизації, кожен MSC (VLR) має в своєму розпорядженні сукупність номерів MSRN, які на вимогу надаються головному MSC (якщо система включає більш одного MSC) тільки на час маршрутизації виклику до конкретного MSC. Враховуючи це, номер MSRN на відміну від номера MSISDN містить не номер абонента, а номер, що ідентифікує MSC. У MSC (VLR) виділений номер MSRN ставиться в однозначну відповідність з номером IMSI тієї MS, що викликається. Для визначення зони пошуку (місцезнаходження) в мережі GSM використовується номер LAI, що відрізняється від номера IMSI тим, що тут замість номера абонента указується код зони місцезнаходження. Крім вказаних номерів в мережі GSM використовується номер, що визначає елементи в межах зони місцезнаходження CGI, і номер (код), що визначає базову станцію BSIC. Разом з розглянутими номерами, використовуваними в процесі маршрутизації викликів, стандартом GSM передбачені номер для ідентифікації устаткування IMEI і тимчасовий номер абонента TMSI, використовуваний для забезпечення конфіденційності. Номер IMEI включає коди типу устаткування і заводу, який його виготовляє, серійний номер. Номер TMSI визначається адміністрацією мережі, і його довжина повинна складати не більше 4 байт. 3.3 Кодування голосу в мережі Кодове перетворення засноване на використанні особливостей голосових органів людини. По суті справи голосові звязки людини генерують частоту, яка далі модулюється горлом і ротом, як фільтром. Знаючи в кожен момент часу частоту і параметри фільтру, можна відновити вихідний сигнал.
Момент часу - точка на часовій осі. Про події, що відповідають одному моменту часу, говорять як про одночасні.
Враховуючи особливості голосових органів людини, можна вважати, що за невеликий проміжок часу (10-30мс) вони не змінюють свого стану, тобто залишаються постійними частота і параметри фільтру. Отже, якщо брати відрізки мовного сигналу по 20мс, визначати частоту основного тону і параметри фільтру мовного тракту, то по ним легко можна відновити вихідний сигнал. Так, наприклад, при кодуванні з лінійним прогнозуванням визначається і передається наступна інформація: параметри моделі мовного тракту; признак збудження; період основного тону; коефіцієнт посилення. ХАРАКТЕРИСТИКИ І ТЕХНОЛОГІЇ 4. Базові технології 4.1 Огляд технологій Розподілена мережа є мережею передачі даних, сфера дії якої тягнеться за межі локальної мережі. Однією з відмінностей розподіленої мережі від локальної є те, що для використання розподіленої мережі потрібно укласти договір із зовнішнім провайдером таким, наприклад, як регіональна дирекція підприємства Укртелеком. Це дозволяє в розподіленій мережі скористатися послугами мережевих провайдерів (carrier network services). У розподіленій мережі використовуються канали передавання даних, такі як інтегровані служби цифрових мереж (Integrated Services Digital Network, ISDN) і ретрансляція фреймів Frame Relay, що надається мережевими провайдерами, для отримання доступу до виділеної смуги пропускання в межах області дії розподіленої мережі. Розподілені мережі звичайно передають дані різних типів, такі як звук, цифрові дані і відео. В 1983 році робота в продовж 6 років Міжнародної організації з стандартизації (International Standards Organization, ISO) щодо еталонної моделі архітектури мережі передавання даних була закінчена та був оприлюднений
  1   2   3   4



  • Функціональна схема 2.1 Структурна схема