1.1. Передача информации по техническим каналам связи

Определения и обозначения

Источник информации — тот, кто создаёт или передаёт сообщение. Источником может быть человек, который отправляет письмо, или устройство, например датчик температуры, сообщающий показания. Понятие помогает определить, откуда начинается передача и кто отвечает за содержание сообщения.

Приёмник информации — тот, кому предназначено сообщение. Им бывает человек, читающий письмо, или устройство, например телефон, принимающий файл. Понимая, кто приёмник, можно определить, где передача заканчивается и кому нужны полученные данные.

Канал связи — техническая среда и устройства, через которые сообщение передаётся от источника к приёмнику. Это не обязательно один провод: канал может включать радиосвязь, оборудование сети и другие средства передачи. Такое понятие позволяет описать весь путь сообщения, а не только отдельный его участок.

Сигнал — физический процесс, с помощью которого сообщение передаётся по каналу связи. Сигналом могут быть электрические импульсы в проводе или радиоволны, распространяющиеся в пространстве. Он нужен потому, что сообщение должно получить такую форму, которую технические средства способны передать и принять.

Как это устроено

Передача информации проходит по цепочке «источник — канал связи — приёмник», но между источником и каналом действует передатчик. Источник создаёт сообщение, передатчик готовит его к отправке, канал переносит сигнал, а приёмник получает его и восстанавливает сообщение. Каждое звено необходимо: без источника нечего отправлять, без канала сигнал не достигнет адресата, а без приёмника некому использовать результат.

Сообщение нельзя просто «положить» в провод или отправить в воздух: техническому каналу доступен физический процесс, а не смысл сообщения. Поэтому данные кодируют так, чтобы представить их изменениями сигнала, например последовательностью электрических импульсов. Выбор формы сигнала зависит от канала: по кабелю передают электрические или световые сигналы, а по радио — радиоволны.

Передатчик преобразует сообщение в сигнал, потому что именно сигнал может распространяться по выбранной среде и быть обнаружен техникой. На другом конце приёмник выполняет обратное преобразование: измеряет полученный сигнал и по установленным правилам восстанавливает данные. Например, радиопередатчик отправляет кодированные сигналы, а телефон адресата превращает их в звук, текст или изображение.

По пути сигнал может столкнуться с помехами — посторонними воздействиями, которые меняют его. Радиосигналу могут мешать другие передатчики, а при передаче по кабелю сигнал может ослабнуть или исказиться. Если изменения затрагивают закодированные данные, приёмник способен принять один символ за другой или пропустить часть сообщения.

Чтобы передача была надёжнее, устройства используют средства обнаружения и исправления ошибок. Например, получатель может проверить данные и запросить повторную отправку, если обнаружит повреждение. Иногда к сообщению добавляют избыточную информацию: она занимает дополнительные ресурсы, зато помогает заметить или восстановить ошибки без полной повторной передачи.

Звенья технической передачи информации

Пользуйся таблицей как схемой пути сообщения: сначала найди, кто его создал, затем — какое устройство подготовило сигнал и по чему он передавался. В конце определи, кто или что приняло данные. Один объект иногда совмещает несколько ролей, поэтому ориентируйся не на название устройства, а на то, что оно делает.

Разбор задач

Разговор по мобильному телефону

Условие. Нужно определить источник, канал связи и приёмник, когда два человека разговаривают по мобильному телефону. Для этого проследим путь сообщения от того, кто говорит, до того, кто слушает. Телефоны выполняют технические действия, но сами по себе не обязательно являются источниками смысла сообщения.

1. Источник — говорящий человек: он формулирует сообщение и произносит его.
2. Телефон говорящего преобразует звук в сигнал и передаёт его; это передатчик. Сигнал проходит через радиосвязь и оборудование мобильной сети, которые вместе образуют канал связи.
3. Телефон собеседника принимает сигнал и восстанавливает звук, а собеседник становится получателем сообщения. При ответе роли людей и телефонов меняются местами.

Ответ. Источник — говорящий человек, канал — радиосвязь и оборудование сети, приёмник — телефон собеседника; адресат сообщения — слушающий человек.

Искажённый текст

Условие. Сообщение передают по каналу, на который воздействуют помехи. Нужно объяснить, почему приёмник может получить текст с ошибками. Причина может быть не в исходном сообщении, а в изменениях сигнала во время передачи.

1. Передатчик кодирует символы текста в сигнал, который может пройти по каналу.
2. Помеха изменяет некоторые параметры сигнала, например его силу или длительность импульса.
3. Приёмник измеряет уже изменённый сигнал и может неверно распознать соответствующий символ. Тогда восстановленный текст отличается от отправленного.

Ответ. Помехи искажают сигнал, поэтому приёмник может ошибиться при восстановлении текста. Проверка ошибок или повторная передача помогают снизить последствия.

Время передачи файла

Условие. Файл размером 24 Мбайт передают со скоростью 3 Мбайт/с. Нужно найти время передачи и назвать условия, способные его увеличить. Считаем, что скорость постоянна, а повторов и дополнительных задержек пока нет.

1. Запишем правило: время передачи = объём сообщения ÷ скорость передачи.
2. Подставим значения: 24 Мбайт ÷ 3 Мбайт/с = 8 с. Единицы Мбайт сокращаются, поэтому результат выражен в секундах.
3. В реальной передаче время может увеличиться, если скорость упадёт из-за нагрузки или помех. Повторная отправка повреждённых данных и передача дополнительных данных для проверки тоже требуют времени.

Ответ. При заданной скорости файл передаётся за 8 секунд; фактическое время может быть больше из-за помех, повторов и снижения скорости.

Типичные ошибки

Путать источник и передатчик. Источник создаёт сообщение, а передатчик переводит его в сигнал; часто их смешивают, потому что оба участвуют в отправке. Проверь себя вопросом: кто придумал или выбрал содержание, а кто выполнил техническое преобразование?

Считать каналом только провод или радиоволну. Канал включает не только среду, но и технические средства, с помощью которых сигнал передают и принимают. Такое упрощение возникает, когда замечают лишь физическую часть пути. Чтобы проверить ответ, проследи передачу целиком и учти оборудование связи.

Считать сигнал и сообщение одним и тем же. Сообщение несёт данные, а сигнал служит физической формой их передачи. Их легко спутать, потому что сигнал меняется в соответствии с сообщением. Спроси себя, что именно может распространяться по каналу: физический процесс или смысл текста.

Думать, что помехи всегда полностью прерывают передачу. Обычно они могут лишь изменить часть сигнала, из-за чего в данных появляются ошибки. Ошибка возникает из-за представления о помехе как о полном отключении связи. Проверь себя: связь может продолжаться, хотя приёмник получит искажённое сообщение.

Связь с другими темами

Для понимания передачи нужно знать, что информация передаётся в виде сообщений, а устройства умеют вводить, хранить и обрабатывать данные. Эти знания помогают различать содержание сообщения и технические действия с ним. Тема пригодится при изучении компьютерных сетей, Интернета и обмена данными между устройствами, где та же цепочка действует на большем масштабе. При расчёте времени передачи используются деление и перевод единиц объёма информации.

Что запомнить

• Передача информации связывает источник и приёмник через канал связи.
• По техническому каналу сообщение передаётся в виде сигнала.
• Передатчик преобразует сообщение в сигнал.
• Приёмник восстанавливает сообщение из полученного сигнала.
• Помехи могут исказить сигнал и вызвать ошибки.
• Надёжность передачи повышают средствами обнаружения и исправления ошибок.