Сигналы и среда передачи

Самым «модным» физическим процессом, используемым для передачи сигна­лов интерфейсов, являются электромагнитные колебания различных частотных диапазонов. Наиболее привычные электрические сигналы — это электромагнит­ные колебания сравнительно низкочастотного диапазона (до десятков и сотен мегагерц), передаваемые по электрическим проводам. Передатчик такого сигнала посылает в электрическую линию связи (кабель) сигнал в виде определен­ных уровней напряжения или тока, приемник на другом конце линии получает сигнал, в той или иной степени похожий на переданный. Волновые явления за­ставляют применять для передачи сигнала специальные конструкции электри­ческих кабелей — коаксиальные кабели, витые (скрученные) пары проводов и некоторые другие. Назначение этих конструкций — максимально сохранить форму передаваемого сигнала, не выпустить его за пределы кабеля и, по воз­можности, не впустить внешние помехи. Последние два пункта имеют особое значение для обеспечения безопасности передачи информации (в плане конфи­денциальности) — недопущения (осложнения) ее «подслушивания» и злонаме­ренного искажения извне. Проводная передача электрического сигнала реали­зована в подавляющем большинстве интерфейсов периферийных устройств, обеспечивая дальность передачи в единицы, десятки и сотни метров со скоростя­ми до единиц гигабит в секунду; она же доминирует и в компьютерных сетях.

Электромагнитные колебания с частотами в десятки и сотни мегагерц пригод­ны и для беспроводной радиопередачи сигналов. Для беспроводной связи широ­ко используется микроволновый диапазон частот около 2,4 ГГц. В этом диапа­зоне радиоволны распространяются по прямой (нет эффекта огибания, свой­ственного длинным волнам), с некоторым затуханием проходя сквозь стены зданий. Осложняет связь отражение сигнала от различных предметов, в резуль­тате которого приемник получает не только прямой сигнал от передатчика, но и отраженные сигналы, приходящие с некоторой задержкой относительного прямого. Из-за этого эффекта многолучевого приема в некоторых точках про­странства на определенных частотах связь оказывается невозможной, но доста­точно немного сместить приемник (или передатчик) или изменить частоту, как связь появляется. С замиранием сигнала из-за многолучевого приема борются разными способами. Беспроводные интерфейсы привлекательны отсутствием кабелей и разъемов, которые нужно прокладывать и соединять для организа­ции связи, — соединяемым устройствам достаточно лишь оказаться в зоне дей­ствия. Однако это имеет и обратную сторону — среда передачи полностью от­крыта, в том числе для злоумышленников, которые могут перехватывать сигнал для съема информации и передавать свой сигнал для вредоносных действий. Эти проблемы безопасности имеют решения, выходящие за рамки уровня фи­зической передачи сигнала. А вот обратная сторона медали: высокая и постоян­но растущая «заселенность» радиоэфира, вызывающая интерференцию (неже­лательное взаимодействие) излучений различной аппаратуры (беспроводных и сотовых телефонов, аппаратуры беспроводных локальных сетей, микроволно­вых печей и других устройств).

Если двигаться дальше в сторону повышения частоты электромагнитных коле­баний, то мы попадаем сначала в инфракрасный диапазон, к которому примы­кает и видимый оптический диапазон. Эти диапазоны также используются для оптической передачи сигналов как по проводам (оптоволокну), так и без прово­дов.

Инфракрасный порт — стандартный IrDA и его фирменные предшественники HP-SIR и ASK IR — уже долгие годы используется для беспроводного подключения периферии (принтеров и других устройств) к компьютерам. Особенно эффектно это подключение выглядит с малогабаритными устройствами, кото­рые соизмеримы кабелям и разъемам традиционных интерфейсов (а то и меньше их). Малая (по сравнению с радиоинтерфейсом) зона охвата не всегда является недостатком — ее проще контролировать на предмет несанкционированных подключений, будучи уверенным, что из-за стенки никто не подключится и не подслушает.

В проводной оптической связи световые импульсы инфракрасного диапазона передаются по стеклянному или пластиковому оптоволокну. Стеклянное во­локно в основном используется в телекоммуникациях, где требуется дальность связи, измеряемая сотнями метров и десятками (и даже сотнями) километров. Недостаток стеклянной оптики — дороговизна оконечных устройств (приемо­передатчиков) и соединительной аппаратуры, сам же кабель может быть дешев­ле медного. В интерфейсах, не требующих больших расстояний (до десятков метров), с успехом применяется пластиковое волокно, для которого и кабели, и разъемы существенно дешевле. Примеры оптического интерфейса в совре­менном персональном компьютере — Toslink (оптическая версия цифрового аудиоинтерфейса S/PDIF) и Fibre Channel (FCAL), с помощью которого под­ключают устройства хранения данных.

Говоря об оптических и радиоинтерфейсах, следует отметить, что они обеспе­чивают полную гальваническую развязку соединяемых устройств. Кроме того, оптический интерфейс нечувствителен к электромагнитным помехам. В ряде случаев эти свойства имеют решающее значение, например при соединении оборудования на энергетических объектах, в производственных помещениях с сильными источниками помех и т. п. Проводные оптические интерфейсы — наиболее защищенные от несанкционированного подключения. Съем информа­ции без механического вмешательства в кабельное хозяйство практически не­возможен, при необходимости можно организовать мониторинг состояния ли­нии и своевременно засечь попытку подключения.

Поиск по сайту: