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Lektion 2
Arbeiten in einem lokalen Netzwerk einer Computerklasse im Dateifreigabemodus

Informationsübermittlung über technische Kommunikationskanäle

Informationsübermittlung über technische Kommunikationskanäle

Shannon-Schema

Der amerikanische Wissenschaftler, einer der Begründer der Informationstheorie, Claude Shannon, schlug ein Diagramm des Prozesses der Informationsübertragung über technische Kommunikationskanäle vor (Abb. 1.3).

Reis. 1.3. Schema eines technischen Informationsübertragungssystems

Die Funktionsweise eines solchen Schemas kann anhand des bekannten Telefongesprächs erklärt werden. Informationsquelle- eine sprechende Person. Encoder- ein Telefonhörermikrofon, mit dessen Hilfe Schallwellen (Sprache) in elektrische Signale umgewandelt werden. Verknüpfung - Telefonnetz(Drähte, Schalter von Telefonknoten, durch die das Signal geleitet wird). Decoder- ein Telefonhörer (Kopfhörer) einer zuhörenden Person - ein Informationsempfänger. Hier wird das eingehende elektrische Signal in Ton umgewandelt.

Dabei werden Informationen in Form eines kontinuierlichen elektrischen Signals übertragen. Das analoge Kommunikation.

Kodierung und Dekodierung von Informationen

Unter Codierung bezieht sich auf jede Umwandlung von Informationen aus einer Quelle in eine Form, die für die Übertragung über einen Kommunikationskanal geeignet ist.

Zu Beginn des Radiozeitalters wurde der Alphabetcode verwendet Morse. Der Text wurde in eine Folge von Punkten und Strichen (kurze und lange Signale) umgewandelt und gesendet. Die Person, die eine solche Übertragung per Gehör empfing, musste in der Lage sein, den Code wieder in Text zu entschlüsseln. Noch früher wurde der Morsecode in der Telegrafenkommunikation verwendet. Die Übertragung von Informationen mithilfe des Morsecodes ist ein Beispiel für diskrete Kommunikation.

Derzeit ist die digitale Kommunikation weit verbreitet, bei der die übertragenen Informationen in binärer Form kodiert werden (0 und 1 sind Binärziffern) und dann in Text, Bild und Ton dekodiert werden. Selbstverständlich erfolgt auch digitale Kommunikation diskret.

Lärm und Lärmschutz. Shannon-Codierungstheorie

Informationen über Kommunikationskanäle werden mithilfe von Signalen verschiedener physikalischer Natur übertragen: elektrisch, elektromagnetisch, Licht, Akustik. Der Informationsgehalt eines Signals liegt im Wert bzw. in der Wertänderung seiner physikalischen Größe (Stromstärke, Lichthelligkeit etc.). Der Begriff „Lärm“ bezeichnet verschiedene Arten von Störungen, die das übertragene Signal verzerren und zu Informationsverlusten führen. Solche Störungen entstehen hauptsächlich aus technischen Gründen: schlechte Qualität der Kommunikationsleitungen, Unsicherheit verschiedener Informationsströme, die über dieselben Kanäle voneinander übertragen werden. Oftmals hören wir beim Telefonieren Störgeräusche, Knistergeräusche, die das Verstehen des Gesprächspartners erschweren, oder unser Gespräch überlagert sich mit dem Gespräch anderer Personen. In solchen Fällen ist Lärmschutz erforderlich.

Zunächst gelten sie technische Methoden Schutz der Kommunikationskanäle durch Lärmbelastung. Solche Methoden können sehr unterschiedlich sein, mal einfach, mal sehr komplex. Verwenden Sie beispielsweise abgeschirmte Kabel anstelle von blanken Drähten. die Verwendung verschiedener Arten von Filtern, die das Nutzsignal vom Rauschen usw. trennen.

K. Shannon entwickelte eine spezielle Codierungstheorie, die Methoden zur Lärmbekämpfung aufzeigt. Eine der wichtigen Ideen dieser Theorie ist, dass der über die Kommunikationsleitung übertragene Code redundant sein muss. Dadurch kann der Verlust eines Teils der Informationen während der Übertragung ausgeglichen werden. Wenn Sie beispielsweise beim Telefonieren schwerhörig sind, erhöhen Sie die Chance, dass Ihr Gesprächspartner Sie richtig versteht, indem Sie jedes Wort zweimal wiederholen.

Das ist jedoch nicht möglich Redundanz zu groß. Dies führt zu Verzögerungen und höheren Kommunikationskosten. Shannons Codierungstheorie ermöglicht es uns, einen optimalen Code zu erhalten. In diesem Fall ist die Redundanz der übertragenen Informationen möglichst gering und die Zuverlässigkeit der empfangenen Informationen maximal.

In modernen digitalen Kommunikationssystemen wird häufig die folgende Technik eingesetzt, um dem Verlust von Informationen während der Übertragung entgegenzuwirken. Die gesamte Nachricht wird in Portionen – Pakete – aufgeteilt. Für jedes Paket wird eine Prüfsumme (die Summe der Binärziffern) berechnet und zusammen mit dem Paket übertragen. An der Empfangsstelle wird die Prüfsumme des empfangenen Pakets neu berechnet, und wenn sie nicht mit der ursprünglichen übereinstimmt, wird die Übertragung dieses Pakets wiederholt. Dies geschieht so lange, bis die Prüfsummen von Quelle und Ziel übereinstimmen.

Kurz zur Hauptsache

Jedes technische Informationsübertragungssystem besteht aus einer Quelle, einem Empfänger, Codierungs- und Decodierungsgeräten und einem Kommunikationskanal.

Unter Codierung bezieht sich auf die Umwandlung von Informationen aus einer Quelle in eine Form, die für die Übertragung über einen Kommunikationskanal geeignet ist. Dekodierung ist die Rücktransformation.

Lärm- Hierbei handelt es sich um Störungen, die zum Verlust von Informationen führen.

Die Kodierungstheorie wurde entwickelt Methoden Darstellung der übertragenen Informationen, um deren Verluste unter Einfluss von Lärm zu reduzieren.

Fragen und Aufgaben

1. Nennen Sie die Hauptelemente des von K. Shannon vorgeschlagenen Informationsübertragungsschemas.

2. Was ist Kodierung und Dekodierung bei der Übertragung von Informationen?

3. Was ist Lärm? Welche Konsequenzen hat es bei der Informationsübermittlung?

4. Welche Möglichkeiten gibt es, mit Lärm umzugehen?

EC TsOR: Teil 2, Schlussfolgerung, Ergänzung zu Kapitel 1, § 1.1. TsOR Nr. 1.

Informationsübertragungsschema. Informationsübertragungskanal. Geschwindigkeit der Informationsübertragung.

Es gibt drei Arten von Informationsprozessen: Speicherung, Übertragung, Verarbeitung.

Datenspeicher:

· Informationsträger.

· Arten von Speicher.

· Informationsspeicherung.

· Grundlegende Eigenschaften von Informationsspeichern.

Bezogen auf die Informationsspeicherung die folgenden Konzepte: Speichermedium (Speicher), interner Speicher, externer Speicher, Informationsspeicher.

Ein Speichermedium ist ein physisches Medium, das Informationen direkt speichert. Das menschliche Gedächtnis kann aufgerufen werden RAM. Gespeichertes Wissen wird von einer Person sofort reproduziert. Wir können auch unser eigenes Gedächtnis nennen interner Speicher, da sein Träger – das Gehirn – in uns steckt.

Alle anderen Arten von Informationsträgern können als äußerlich (in Bezug auf eine Person) bezeichnet werden: Holz, Papyrus, Papier usw. Bei einem Informationsspeicher handelt es sich um auf bestimmte Weise auf externen Medien organisierte Informationen, die zur langfristigen Speicherung und dauerhaften Nutzung bestimmt sind (z. B. Dokumentenarchive, Bibliotheken, Aktenschränke). Die Hauptinformationseinheit des Repositorys ist ein bestimmtes physisches Dokument: ein Fragebogen, ein Buch usw. Die Organisation des Repositorys bedeutet das Vorhandensein einer bestimmten Struktur, d.h. Ordnung, Klassifizierung der gespeicherten Dokumente zur Erleichterung der Arbeit mit ihnen. Grundlegende Eigenschaften der Informationsspeicherung: Volumen der gespeicherten Informationen, Speicherzuverlässigkeit, Zugriffszeit (d. h. Suchzeit). notwendige Informationen), Verfügbarkeit von Informationssicherheit.

Auf Computerspeichergeräten gespeicherte Informationen werden üblicherweise als Daten bezeichnet. Organisierte Datenspeicherung auf Geräten Externer Speicher Computer werden üblicherweise als Datenbanken und Datenbanken bezeichnet.

Datenverarbeitung:

· Allgemeines Diagramm des Informationsverarbeitungsprozesses.

· Angabe der Bearbeitungsaufgabe.

· Verarbeitungskünstler.

· Verarbeitungsalgorithmus.

· Typische Aufgaben der Informationsverarbeitung.

Informationsverarbeitungsschema:

Erstinformationen – Verarbeitungsausführender – Endinformationen.

Im Prozess der Informationsverarbeitung wird ein bestimmtes Informationsproblem gelöst, das zunächst in traditioneller Form gestellt werden kann: Ein bestimmter Satz Ausgangsdaten ist gegeben und es ist erforderlich, einige Ergebnisse zu erzielen. Der Prozess des Übergangs von den Quelldaten zum Ergebnis ist der Verarbeitungsprozess. Das Objekt oder Subjekt, das die Verarbeitung durchführt, wird als Verarbeitungsausführender bezeichnet.

Um die Informationsverarbeitung erfolgreich durchzuführen, muss der Ausführende (Person oder Gerät) den Verarbeitungsalgorithmus kennen, d.h. die Abfolge von Aktionen, die ausgeführt werden müssen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen.

Es gibt zwei Arten der Informationsverarbeitung. Die erste Art der Verarbeitung: Verarbeitung im Zusammenhang mit der Gewinnung neuer Informationen, neuer Wissensinhalte (Lösung mathematischer Probleme, Analyse der Situation usw.). Die zweite Art der Verarbeitung: Verarbeitung, die mit der Änderung der Form, aber nicht mit der Änderung des Inhalts verbunden ist (z. B. die Übersetzung von Texten von einer Sprache in eine andere).

Eine wichtige Art der Informationsverarbeitung ist die Kodierung – die Umwandlung von Informationen in eine symbolische Form, die für ihre Speicherung, Übertragung und Verarbeitung geeignet ist. Codierung wird aktiv in technischen Mitteln zur Arbeit mit Informationen (Telegraph, Radio, Computer) eingesetzt. Eine andere Art der Informationsverarbeitung ist die Datenstrukturierung (Eingabe einer bestimmten Reihenfolge in die Informationsspeicherung, Klassifizierung, Katalogisierung von Daten).

Eine andere Art der Informationsverarbeitung besteht darin, in einem Informationsspeicher nach den erforderlichen Daten zu suchen, die bestimmte Suchbedingungen erfüllen (Abfrage). Der Suchalgorithmus hängt von der Art und Weise ab, wie die Informationen organisiert sind.

Informationsübermittlung:

· Quelle und Empfänger von Informationen.

· Informationskanäle.

· Die Rolle der Sinne im Prozess der menschlichen Informationswahrnehmung.

· Struktur technischer Kommunikationssysteme.

· Was ist Kodierung und Dekodierung?

· Das Konzept des Lärms; Lärmschutztechniken.

· Informationsübertragungsgeschwindigkeit und Kanalkapazität.

Informationsübertragungsschema:

Informationsquelle – Informationskanal – Informationsempfänger.

Informationen werden in Form einer Abfolge von Signalen und Symbolen dargestellt und übertragen. Von der Quelle zum Empfänger wird die Nachricht über ein materielles Medium übermittelt. Werden bei der Übertragung technische Kommunikationsmittel eingesetzt, spricht man von Informationsübertragungskanälen (Informationskanälen). Dazu gehören Telefon, Radio, TV. Menschliche Sinnesorgane spielen die Rolle biologischer Informationskanäle.

Der Prozess der Übermittlung von Informationen über technische Kommunikationskanäle folgt dem folgenden Schema (nach Shannon):

Unter dem Begriff „Rauschen“ versteht man verschiedene Arten von Störungen, die das übertragene Signal verzerren und zu Informationsverlusten führen. Solche Störungen entstehen vor allem aus technischen Gründen: schlechte Qualität der Kommunikationsleitungen, Unsicherheit verschiedener Informationsströme, die über dieselben Kanäle voneinander übertragen werden. Wird zum Lärmschutz verwendet verschiedene Wege, zum Beispiel der Einsatz verschiedener Arten von Filtern, die das Nutzsignal vom Rauschen trennen.

Claude Shannon entwickelte eine spezielle Codierungstheorie, die Methoden zum Umgang mit Rauschen bereitstellt. Eine der wichtigen Ideen dieser Theorie ist, dass der über die Kommunikationsleitung übertragene Code redundant sein muss. Dadurch kann der Verlust eines Teils der Informationen während der Übertragung ausgeglichen werden. Allerdings sollte die Redundanz nicht zu groß sein. Dies wird zu Verzögerungen und erhöhten Kommunikationskosten führen.

Wenn Sie das Thema der Messung der Geschwindigkeit der Informationsübertragung diskutieren, können Sie die Technik der Analogie verwenden. Ein Analogon ist das Pumpen von Wasser durch Wasserleitungen. Hier besteht der Wasserübertragungskanal aus Rohren. Die Intensität (Geschwindigkeit) dieses Prozesses wird durch den Wasserverbrauch charakterisiert, d.h. die Anzahl der pro Zeiteinheit gepumpten Liter. Bei der Übermittlung von Informationen sind die Kanäle technische Kommunikationsleitungen. In Analogie zu einer Wasserversorgung können wir über den Informationsfluss sprechen, der über Kanäle übertragen wird. Die Informationsübertragungsgeschwindigkeit ist das Informationsvolumen einer pro Zeiteinheit übertragenen Nachricht. Daher sind die Einheiten zur Messung der Geschwindigkeit des Informationsflusses: Bit/s, Byte/s usw. Der Übertragungskanal des Informationsprozesses

Ein anderes Konzept – die Kapazität von Informationskanälen – kann auch mit einer „Sanitär“-Analogie erklärt werden. Sie können den Wasserfluss durch die Rohre erhöhen, indem Sie den Druck erhöhen. Aber dieser Weg ist nicht endlos. Bei zu hohem Druck kann es zum Rohrbruch kommen. Daher der maximale Wasserdurchfluss, der als Durchsatz des Wasserversorgungssystems bezeichnet werden kann. Für technische Infgilt ebenfalls eine ähnliche Geschwindigkeitsbegrenzung für die Datenübertragung. Die Gründe dafür sind auch körperlicher Natur.

1. Klassifizierung und Eigenschaften des Kommunikationskanals
Verknüpfung ist eine Reihe von Mitteln zur Übertragung von Signalen (Nachrichten).
Um Informationsprozesse in einem Kommunikationskanal zu analysieren, können Sie das in Abb. dargestellte verallgemeinerte Diagramm verwenden. 1.

KI

PN

P

PI

P

In Abb. 1 Folgende Bezeichnungen werden übernommen: X, Y, Z, W– Signale, Nachrichten ; F– Einmischung; PN- Kommunikationsleitung; KI, PI– Quelle und Empfänger von Informationen; P– Konverter (Kodierung, Modulation, Dekodierung, Demodulation).
Es gibt verschiedene Arten von Kanälen, die nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden können:
1. Nach Art der Kommunikationsleitungen: verdrahtet; Kabel; Glasfaser;
Stromleitungen; Radiosender usw.
2. Aufgrund der Art der Signale: kontinuierlich; diskret; diskret-kontinuierlich (Signale am Eingang des Systems sind diskret und am Ausgang kontinuierlich und umgekehrt).
3. In Bezug auf die Störfestigkeit: Kanäle ohne Störungen; mit Störungen.
Kommunikationskanäle zeichnen sich aus durch:
1. Kanalkapazität ist definiert als das Produkt der Kanalnutzungszeit T zu, Breite des vom Kanal übertragenen Frequenzspektrums F zu und Dynamikumfang D zu. , was die Fähigkeit des Kanals charakterisiert, unterschiedliche Signalpegel zu übertragen

V k = T k F k D k.(1)
Bedingung für die Zuordnung des Signals zum Kanal:
V c £ V k ; T c £ T k ; F c £ F k ; V c £ V k ; D c £ D k .
2.Informationsübertragungsrate – die durchschnittliche Menge der pro Zeiteinheit übertragenen Informationen.
3.
4. Redundanz – gewährleistet die Zuverlässigkeit der übermittelten Informationen ( R= 0¸1).
Eine der Aufgaben der Informationstheorie besteht darin, die Abhängigkeit der Geschwindigkeit der Informationsübertragung und der Kapazität eines Kommunikationskanals von den Parametern des Kanals und den Eigenschaften von Signalen und Störungen zu bestimmen.
Der Kommunikationskanal kann im übertragenen Sinne mit Straßen verglichen werden. Schmale Straßen – geringe Kapazität, aber günstig. Breite Straßen bieten eine gute Verkehrskapazität, sind aber teuer. Die Bandbreite wird durch den Engpass bestimmt.
Bei Kommunikationskanälen, die unterschiedliche Arten von Kommunikationsleitungen nutzen, hängt die Datenübertragungsgeschwindigkeit weitgehend vom Übertragungsmedium ab.
Verdrahtet:
1. Verdrahtet– Twisted Pair (das elektromagnetische Strahlung von anderen Quellen teilweise unterdrückt). Übertragungsgeschwindigkeit bis zu 1 Mbit/s. Wird in Telefonnetzen und zur Datenübertragung verwendet.
2. Koaxialkabel.Übertragungsgeschwindigkeit 10–100 Mbit/s – verwendet in lokale Netzwerke, Kabelfernsehen usw.
3. Glasfaser.Übertragungsgeschwindigkeit 1 Gbit/s.
In den Umgebungen 1–3 hängt die Dämpfung in dB linear von der Entfernung ab, d. h. Die Leistung nimmt exponentiell ab. Daher ist es notwendig, in einem gewissen Abstand Regeneratoren (Verstärker) zu installieren.
Funkleitungen:
1. Radiosender.Übertragungsgeschwindigkeit 100–400 Kbit/s. Verwendet Funkfrequenzen bis 1000 MHz. Bis zu 30 MHz können sich elektromagnetische Wellen aufgrund der Reflexion an der Ionosphäre über die Sichtlinie hinaus ausbreiten. Dieser Bereich ist jedoch sehr laut (z. B. Amateurfunkkommunikation). Von 30 bis 1000 MHz – die Ionosphäre ist transparent und direkte Sichtbarkeit ist erforderlich. Antennen werden in der Höhe installiert (manchmal werden Regeneratoren installiert). Wird in Radio und Fernsehen verwendet.
2. Mikrowellenleitungen.Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 1 Gbit/s. Es werden Funkfrequenzen über 1000 MHz verwendet. Dies erfordert direkte Sicht und hochgerichtete Parabolantennen. Die Entfernung zwischen den Regeneratoren beträgt 10–200 km. Wird für Telefonkommunikation, Fernsehen und Datenübertragung verwendet.
3. Satellitenverbindung. Es werden Mikrowellenfrequenzen verwendet und der Satellit dient als Regenerator (für viele Stationen). Die Eigenschaften sind die gleichen wie bei Mikrowellenleitungen.
2. Bandbreite eines diskreten Kommunikationskanals
Ein diskreter Kanal ist eine Reihe von Mitteln zur Übertragung diskreter Signale.
Kapazität des Kommunikationskanals – die höchste theoretisch erreichbare Geschwindigkeit der Informationsübertragung, sofern der Fehler einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Informationsübertragungsrate – die durchschnittliche Menge der pro Zeiteinheit übertragenen Informationen. Definieren wir Ausdrücke zur Berechnung der Informationsübertragungsrate und des Durchsatzes eines diskreten Kommunikationskanals.
Bei der Übertragung jedes Symbols wird eine durchschnittliche Informationsmenge über den Kommunikationskanal übertragen, die durch die Formel bestimmt wird
I (Y, X) = I (X, Y) = H(X) – H (X/Y) = H(Y) – H (Y/X), (2)
Wo: I (Y, X) – gegenseitige Information, d.h. die Menge der darin enthaltenen Informationen Y verhältnismäßig X;H(X)– Entropie der Nachrichtenquelle; H(X/Y)– bedingte Entropie, die den Informationsverlust pro Symbol bestimmt, der mit dem Vorhandensein von Interferenzen und Verzerrungen verbunden ist.
Beim Senden einer Nachricht X T Dauer T, bestehend aus N Elementarsymbole, die durchschnittliche Menge der übertragenen Informationen ist unter Berücksichtigung der Symmetrie der gegenseitigen Informationsmenge gleich:
Ich(Y T, X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n . (4)
Die Geschwindigkeit der Informationsübertragung hängt von den statistischen Eigenschaften der Quelle, der Kodierungsmethode und den Eigenschaften des Kanals ab.
Bandbreite eines diskreten Kommunikationskanals
. (5)
Der maximal mögliche Wert, d.h. das Maximum des Funktionals wird über die gesamte Menge der Wahrschep gesucht (X).
Die Bandbreite hängt davon ab technische Eigenschaften Kanal (Gerätegeschwindigkeit, Art der Modulation, Grad der Interferenz und Verzerrung usw.). Die Einheiten der Kanalkapazität sind: , , , .
2.1 Diskreter Kommunikationskanal ohne Störungen
Liegt im Kommunikationskanal keine Störung vor, so sind die Ein- und Ausgangssignale des Kanals durch einen eindeutigen, funktionalen Zusammenhang verbunden.
In diesem Fall ist die bedingte Entropie gleich Null und die unbedingten Entropien von Quelle und Empfänger sind gleich, d.h. Die durchschnittliche Informationsmenge in einem empfangenen Symbol im Verhältnis zum gesendeten Symbol beträgt
I (X, Y) = H(X) = H(Y); H(X/Y) = 0.
Wenn X T– Anzahl der Zeichen pro Zeit T, dann ist die Informationsübertragungsrate für einen diskreten Kommunikationskanal ohne Interferenz gleich
(6)
Wo V = 1/– durchschnittliche Übertragungsgeschwindigkeit eines Symbols.
Durchsatz für einen diskreten Kommunikationskanal ohne Interferenz
(7)
Weil die maximale Entropie gleichwahrscheinlichen Symbolen entspricht, dann ist der Durchsatz für gleichmäßige Verteilung und statistische Unabhängigkeit der übertragenen Symbole gleich:
. (8)
Shannons erster Satz für einen Kanal: Wenn der von der Quelle erzeugte Informationsfluss ausreichend nahe an der Kapazität des Kommunikationskanals liegt, d. h.
, wobei ein beliebig kleiner Wert ist,
Dann können Sie immer eine Codierungsmethode finden, die die Übertragung aller Quellnachrichten gewährleistet und die Informationsübertragungsrate sehr nahe an der Kanalkapazität liegt.
Der Satz beantwortet nicht die Frage, wie eine Codierung durchzuführen ist.
Beispiel 1. Die Quelle erzeugt 3 Nachrichten mit Wahrscheinlichkeiten:
p 1 = 0,1; p 2 = 0,2 und p 3 = 0,7.
Nachrichten sind unabhängig und werden in einem einheitlichen Binärcode übertragen ( m = 2) mit einer Symboldauer von 1 ms. Bestimmen Sie die Geschwindigkeit der Informationsübertragung über einen Kommunikationskanal ohne Störungen.
Lösung: Die Quellentropie ist gleich

[Bit/s].
Um 3 Nachrichten mit einem einheitlichen Code zu übertragen, sind zwei Ziffern erforderlich und die Dauer der Codekombination beträgt 2t.
Durchschnittliche Signalgeschwindigkeit
V =1/2 T = 500 .
Informationsübertragungsrate
C = vH = 500×1,16 = 580 [bit/s].
2.2 Diskreter Kommunikationskanal mit Störungen
Wir betrachten diskrete Kommunikationskanäle ohne Gedächtnis.
Kanal ohne Speicher ist ein Kanal, in dem jedes übertragene Signalsymbol von Störungen betroffen ist, unabhängig davon, welche Signale zuvor übertragen wurden. Das heißt, durch Interferenz entstehen keine zusätzlichen korrelativen Verbindungen zwischen Symbolen. Der Name „kein Speicher“ bedeutet, dass sich der Kanal bei der nächsten Übertragung scheinbar nicht an die Ergebnisse früherer Übertragungen erinnert.
Bei Störungen die durchschnittliche Informationsmenge in einem empfangenen Nachrichtensymbol – Y, relativ zum übermittelten – X entspricht:
.
Für Nachrichtensymbol X T Dauer T, bestehend aus N Elementarsymbole: Die durchschnittliche Menge an Informationen in einer empfangenen Symbolnachricht – Y T relativ zu dem, was übermittelt wurde – X T entspricht:
I(Y T , X T) = H(X T) – H(X T /Y T) = H(Y T) – H(Y T /X T) = n = 2320 bps
Die Kapazität eines kontinuierlichen Kanals mit Rauschen wird durch die Formel bestimmt

=2322 bps.
Lassen Sie uns beweisen, dass die Informationskapazität eines kontinuierlichen Kanals ohne Speicher mit additivem Gaußschen Rauschen, vorbehaltlich einer Begrenzung der Spitzenleistung, nicht mehr vorhanden ist Informationskapazität der gleiche Kanal mit der gleichen durchschnittlichen Leistungsbegrenzung.
Erwartung einer symmetrischen Gleichverteilung

Mittleres Quadrat für symmetrische Gleichverteilung

Dispersion für symmetrische Gleichverteilung

Gleichzeitig für einen gleichmäßig verteilten Prozess.
Differenzielle Entropie eines Signals mit gleichmäßiger Verteilung
.
Der Unterschied zwischen den differentiellen Entropien eines normal- und gleichmäßig verteilten Prozesses hängt nicht von der Größe der Dispersion ab
= 0,3 Bit/Anzahl
Somit sind der Durchsatz und die Kapazität des Kommunikationskanals für einen Prozess mit Normalverteilung höher als für einen Prozess mit einheitlicher Verteilung.
Bestimmen wir die Kapazität (Volumen) des Kommunikationskanals
V k = T k C k = 10×60×2322 = 1,3932 Mbit.
Bestimmen wir die Informationsmenge, die in 10 Minuten Kanalbetrieb übertragen werden kann
10× 60× 2322=1,3932 Mbit.
Aufgaben

Finden Sie mithilfe von Internetressourcen Antworten auf die Fragen:

Übung 1

1. Wie läuft die Übermittlung von Informationen ab?

Übermittlung von Informationen- der physische Prozess, durch den Informationen übertragen werden im Weltraum. Wir haben die Informationen auf einer Diskette aufgezeichnet und sie in einen anderen Raum verschoben. Dieser Prozess gekennzeichnet durch das Vorhandensein folgender Komponenten:

2. Allgemeines Schema der Informationsübertragung

3. Listen Sie die Kommunikationskanäle auf, die Sie kennen

Verknüpfung(Englisch) Kanal, Datenleitung) – ein System technischer Mittel und eine Signalausbreitungsumgebung zur Übertragung von Nachrichten (nicht nur Daten) von einer Quelle zu einem Empfänger (und umgekehrt). Kommunikationskanal, im engeren Sinne verstanden ( Kommunikationsweg) stellt nur das physische Signalausbreitungsmedium dar, beispielsweise eine physische Kommunikationsleitung.

Basierend auf der Art des Verbreitungsmediums werden die Kommunikationskanäle unterteilt in:

4. Was sind Telekommunikation und Computer-Telekommunikation?

Telekommunikation(griech. tele – in die Ferne, weit weg und lat. communicatio – Kommunikation) ist die Übertragung und der Empfang beliebiger Informationen (Ton, Bild, Daten, Text) über eine Distanz über verschiedene elektromagnetische Systeme (Kabel- und Glasfaserkanäle, Funkkanäle). und andere kabelgebundene und drahtlose Kanäle Kommunikation).

Telekommunikationsnetz ist ein System technischer Mittel, mit denen Telekommunikation durchgeführt wird.

Zu den Telekommunikationsnetzen gehören:
1. Computernetzwerke (zur Datenübertragung)
2. Telefonnetze (Übertragung von Sprachinformationen)
3. Funknetze (Übertragung von Sprachinformationen – Rundfunkdienste)
4. Fernsehsender (Sprach- und Bildübertragung – Rundfunkdienste)

Computer-Telekommunikation ist eine Telekommunikation, deren Endgeräte Computer sind.

Die Übertragung von Informationen von Computer zu Computer wird als synchrone Kommunikation bezeichnet und erfolgt über einen zwischengeschalteten Computer, der es ermöglicht, Nachrichten zu sammeln und an diesen zu übertragen persönliche Computer wie vom Benutzer gewünscht - asynchron.

Computer-Telekommunikation wird zunehmend in die Bildung eingeführt. Im Hochschulbereich dienen sie der Koordinierung wissenschaftlicher Forschung, dem schnellen Informationsaustausch zwischen Projektteilnehmern, Fernunterricht und Beratungen. Im schulischen Bildungssystem – um die Effizienz der selbstständigen Aktivitäten der Schüler im Zusammenhang mit verschiedenen Arten kreativer Arbeit, einschließlich pädagogischer Aktivitäten, zu steigern, basierend auf der weit verbreiteten Nutzung von Forschungsmethoden, dem freien Zugang zu Datenbanken und dem Informationsaustausch mit Partnern sowohl innerhalb der In- und Ausland.

5. Wie groß ist die Bandbreite eines Informationsübertragungskanals?
Bandbreite- metrisches Merkmal, das das Verhältnis der maximalen Anzahl passierender Einheiten (Informationen, Objekte, Volumen) pro Zeiteinheit durch einen Kanal, ein System oder einen Knoten zeigt.
In der Informatik wird die Definition der Bandbreite üblicherweise auf einen Kommunikationskanal angewendet und definiert Maximale Anzahl gesendete/empfangene Informationen pro Zeiteinheit.
Aus Benutzersicht ist die Bandbreite einer der wichtigsten Faktoren. Sie wird anhand der Datenmenge geschätzt, die das Netzwerk maximal pro Zeiteinheit von einem angeschlossenen Gerät zu einem anderen übertragen kann.

Die Geschwindigkeit der Informationsübertragung hängt weitgehend von der Geschwindigkeit ihrer Erstellung (Quellenleistung) sowie den Kodierungs- und Dekodierungsmethoden ab. Die höchstmögliche Informationsübertragungsgeschwindigkeit in einem bestimmten Kanal wird als Durchsatz bezeichnet. Die Kanalkapazität ist per Definition die Geschwindigkeit der Informationsübertragung bei Verwendung der „besten“ (optimalen) Quelle, des besten Encoders und Decoders für einen bestimmten Kanal, sie charakterisiert also nur den Kanal.

>>Informatik: Informatik 9. Klasse. Nachtrag zu Kapitel 1

Nachtrag zu Kapitel 1

1.1. Informationsübermittlung über technische Kommunikationskanäle

Hauptthemen des Absatzes:

♦ K. Shannons Plan;
♦ Kodierung und Dekodierung von Informationen;
♦ Lärm und Lärmschutz. Codierungstheorie von K. Shannon.

K. Shannons Plan

Der amerikanische Wissenschaftler, einer der Begründer der Informationstheorie, Claude Shannon, schlug ein Prozessdiagramm vor Übermittlung von Informationenüber technische Kommunikationskanäle, dargestellt in Abb. 1.3.

Die Funktionsweise eines solchen Schemas kann anhand des bekannten Telefongesprächs erklärt werden. Die Informationsquelle ist die sprechende Person. Das Kodierungsgerät ist ein Telefonhörermikrofon, mit dessen Hilfe Schallwellen (Sprache) in elektrische Signale umgewandelt werden. Der Kommunikationskanal ist das Telefonnetz (Kabel, Schalter von Telefonknoten, durch die das Signal geleitet wird). Das Dekodiergerät ist der Hörer (Kopfhörer) der zuhörenden Person – der Informationsempfänger. Hier wird das eingehende elektrische Signal in Ton umgewandelt.

Kommunikation, bei der die Übertragung in Form eines kontinuierlichen elektrischen Signals erfolgt, wird als analoge Kommunikation bezeichnet.

Kodierung und Dekodierung von Informationen

Unter Codierung versteht man jede Umwandlung von Informationen aus einer Quelle in eine für die Übertragung über einen Kommunikationskanal geeignete Form.

Zu Beginn des Radiozeitalters wurde der Morsecode verwendet. Der Text wurde in eine Folge von Punkten und Strichen (kurze und lange Signale) umgewandelt und gesendet. Die Person, die eine solche Übertragung per Gehör empfing, musste in der Lage sein, den Code wieder in Text zu entschlüsseln. Noch früher wurde der Morsecode in der Telegrafenkommunikation verwendet. Die Übertragung von Informationen mithilfe des Morsecodes ist ein Beispiel für diskrete Kommunikation.

Heutzutage wird die digitale Kommunikation häufig verwendet, wenn die Übertragung erfolgt Information in Binärform kodiert (0 und 1 sind Binärziffern) und dann in Text, Bild, Ton dekodiert. Selbstverständlich erfolgt auch digitale Kommunikation diskret.

Lärm und Lärmschutz. K. Shannons Codierungstheorie

Unter dem Begriff „Rauschen“ versteht man verschiedene Arten von Störungen, die das übertragene Signal verzerren und zu Informationsverlusten führen. Solche Störungen entstehen hauptsächlich aus technischen Gründen: schlechte Qualität der Kommunikationsleitungen, Unsicherheit verschiedener Informationsströme, die über dieselben Kanäle voneinander übertragen werden. Oftmals hören wir beim Telefonieren Störgeräusche, Knistergeräusche, die das Verstehen des Gesprächspartners erschweren, oder unser Gespräch überlagert sich mit dem Gespräch anderer Personen. In solchen Fällen ist Lärmschutz erforderlich.

Zunächst werden technische Methoden eingesetzt, um Kommunikationskanäle vor Lärm zu schützen. Solche Methoden können sehr unterschiedlich sein, mal einfach, mal sehr komplex. Verwenden Sie beispielsweise abgeschirmte Kabel anstelle von blanken Drähten. die Verwendung verschiedener Arten von Filtern, die das Nutzsignal vom Rauschen usw. trennen.

Claude Shannon entwickelte eine spezielle Codierungstheorie, die Methoden zum Umgang mit Rauschen bereitstellt. Eine der wichtigen Ideen dieser Theorie ist, dass der über die Kommunikationsleitung übertragene Code redundant sein muss. Dadurch kann der Verlust eines Teils der Informationen während der Übertragung ausgeglichen werden. Wenn Sie beispielsweise beim Telefonieren schwerhörig sind, erhöhen Sie die Chance, dass Ihr Gesprächspartner Sie richtig versteht, indem Sie jedes Wort zweimal wiederholen.

Allerdings sollte die Redundanz nicht zu groß sein. Dies führt zu Verzögerungen und höheren Kommunikationskosten. Die Codierungstheorie von K. Shannon ermöglicht es uns, einen optimalen Code zu erhalten. In diesem Fall ist die Redundanz der übertragenen Informationen möglichst gering und die Zuverlässigkeit der empfangenen Informationen maximal.

In modernen digitalen Kommunikationssystemen wird häufig die folgende Technik eingesetzt, um dem Verlust von Informationen während der Übertragung entgegenzuwirken. Die gesamte Nachricht wird in Portionen – Pakete – aufgeteilt. Für jedes Paket wird eine Kontrolle berechnet Summe(Summe der Binärziffern), die zusammen mit diesem Paket übertragen wird. An der Empfangsstelle wird die Prüfsumme des empfangenen Pakets neu berechnet, und wenn sie nicht mit der ursprünglichen übereinstimmt, wird die Übertragung dieses Pakets wiederholt. Dies geschieht so lange, bis die Prüfsummen von Quelle und Ziel übereinstimmen.

Kurz zur Hauptsache

Jedes technische Informationsübertragungssystem besteht aus einer Quelle, einem Empfänger, Kodierungs- und Dekodierungsgeräten und einem Kommunikationskanal.

Unter Codierung versteht man die Umwandlung von Informationen aus einer Quelle in eine für die Übertragung über einen Kommunikationskanal geeignete Form. Die Dekodierung ist die Rücktransformation.

Rauschen ist eine Störung, die zu Informationsverlust führt.

In der Codierungstheorie wurden Methoden zur Darstellung übertragener Informationen entwickelt, um deren Verluste unter Einfluss von Rauschen zu reduzieren.

Fragen und Aufgaben

1. Nennen Sie die Hauptelemente des von K. Shannon vorgeschlagenen Informationsübertragungsschemas.
2. Was ist Kodierung und Dekodierung bei der Übertragung von Informationen?
3. Was ist Lärm? Welche Konsequenzen hat es bei der Informationsübermittlung?
4. Welche Methoden zur Lärmbekämpfung gibt es?

1.2. Archivieren und Entpacken von Dateien

Hauptthemen des Absatzes:

♦ Datenkomprimierungsproblem;
♦ Komprimierungsalgorithmus unter Verwendung von Code variabler Länge;
♦ Komprimierungsalgorithmus mit Wiederholungsfaktor;
♦ Archivierungsprogramme.

Datenkomprimierungsproblem

Sie wissen bereits, dass der Benutzer mit Hilfe des globalen Internets Zugang zu riesigen Informationsressourcen erhält. Im Internet finden Sie ein seltenes Buch, einen Aufsatz zu fast jedem Thema, Fotos und Musik, Computerspiel und vieles mehr. Die Übertragung dieser Daten über das Netzwerk kann aufgrund des großen Datenvolumens zu Problemen führen. Die Kapazität der Kommunikationskanäle ist noch recht begrenzt. Daher kann die Übertragungszeit zu lang sein, was mit zusätzlichen finanziellen Kosten verbunden ist. Darüber hinaus ist möglicherweise nicht genügend freier Speicherplatz für große Dateien vorhanden.

Die Lösung des Problems ist die Datenkomprimierung, die die Datenmenge reduziert und gleichzeitig den darin kodierten Inhalt erhält. Programme, die eine solche Komprimierung durchführen, werden Archivierer genannt. Die ersten Archivare erschienen Mitte der 1980er Jahre des 20. Jahrhunderts. Der Hauptzweck ihrer Verwendung bestand darin, Platz auf Festplatten zu sparen, deren Informationsvolumen damals deutlich geringer war als das Volumen moderner Festplatten.

Die Datenkomprimierung (Dateiarchivierung) erfolgt mithilfe spezieller Algorithmen. Diese Algorithmen verwenden meist zwei grundlegend unterschiedliche Ideen.

Komprimierungsalgorithmus unter Verwendung von Code variabler Länge

Erste Idee: Verwendung von Code variabler Länge. Die zu komprimierenden Daten werden speziell in Teile (Zeichenketten, „Wörter“) unterteilt. Beachten Sie, dass ein „Wort“ auch ein separates Zeichen (ASCII-Code) sein kann. Für jedes „Wort“ wird die Häufigkeit des Auftretens ermittelt: das Verhältnis der Anzahl der Wiederholungen eines bestimmten „Wortes“ zur Gesamtzahl der „Wörter“ im Datenarray. Die Idee des Inforbesteht darin, die am häufigsten vorkommenden „Wörter“ mit Codes kürzerer Länge als die selten vorkommenden „Wörter“ zu kodieren. Dadurch kann die Dateigröße deutlich reduziert werden.

Dieser Ansatz ist seit langem bekannt. Es wird im Morsecode verwendet, bei dem Zeichen in verschiedenen Folgen von Punkten und Strichen codiert werden, wobei häufiger vorkommende Zeichen kürzere Codes haben. Beispielsweise wird der häufig verwendete Buchstabe „A“ wie folgt kodiert: -. Und der seltene Buchstabe „F“ ist codiert: -. Im Gegensatz zu Codes gleicher Länge besteht hier das Problem, Buchstabencodes voneinander zu trennen. Im Morsecode wird dieses Problem mit Hilfe einer „Pause“ (Leerzeichen) gelöst, die tatsächlich das dritte Zeichen des Morsealphabets ist, das heißt, das Morsealphabet besteht nicht aus zwei, sondern aus drei Zeichen.

Informationen im Computerspeicher werden in einem zweistelligen Alphabet gespeichert. Es gibt kein spezielles Trennzeichen. Und doch ist es uns gelungen, eine Möglichkeit zu finden, Daten mit einer variablen Codelänge von „Wörtern“ zu komprimieren, die kein Trennzeichen erfordert. Dieser Algorithmus wird D. Huffman-Algorithmus genannt (erstmals 1952 veröffentlicht). Alle Universalarchiver arbeiten mit Algorithmen, die dem Huffman-Algorithmus ähneln.

Komprimierungsalgorithmus mit Wiederholungsfaktor

Zweite Idee: Wiederholungsfaktor nutzen. Der auf dieser Idee basierende Algorithmus hat folgende Bedeutung: Wenn im komprimierten Datenarray eine Kette sich wiederholender Zeichengruppen auftritt, wird diese durch ein Paar ersetzt: die Anzahl (Koeffizient) der Wiederholungen – eine Zeichengruppe. In diesem Fall kann der Speichergewinn während der Komprimierung bei langen Wiederholungsketten sehr groß sein. Diese Methode ist am effektivsten beim Verpacken grafischer Informationen.

Archivprogramme

Archivprogramme erstellen Archivdateien (Archive). Ein Archiv ist eine Datei, in der eine oder mehrere Dateien in komprimierter Form gespeichert sind. Um archivierte Dateien verwenden zu können, müssen Sie diese aus dem Archiv entfernen – also entpacken. Alle Programme-Archiver bieten normalerweise die folgenden Funktionen:

Dateien zum Archiv hinzufügen;
Extrahieren von Dateien aus dem Archiv;
Dateien aus dem Archiv löschen;
Archivinhalte ansehen.

Derzeit sind WinRar und WinZip die beliebtesten Archivierungsprogramme. WinRar verfügt im Vergleich zu WinZip über erweiterte Funktionen. Insbesondere ermöglicht es die Erstellung eines Archivs mit mehreren Volumes (dies ist praktisch, wenn das Archiv auf eine Diskette kopiert werden muss und seine Größe 1,44 MB überschreitet) sowie die Möglichkeit, ein selbstextrahierendes Archiv zu erstellen ( In diesem Fall ist der Archivierer selbst nicht erforderlich, um Daten aus dem Archiv zu extrahieren.

Lassen Sie uns ein Beispiel für die Vorteile der Verwendung von Archivierern bei der Datenübertragung über ein Netzwerk geben. Größe Text dokument, enthält den Absatz, den Sie gerade lesen – 31 KB. Wenn dieses Dokument mit WinRar archiviert wird, beträgt die Größe der Archivdatei nur 6 KB. Wie sie sagen, liegen die Vorteile auf der Hand.

Die Verwendung von Archivierungsprogrammen ist sehr einfach. Um ein Archiv zu erstellen, müssen Sie zunächst die Dateien auswählen, die darin enthalten sein sollen, dann die erforderlichen Parameter festlegen (Archivierungsmethode, Archivformat, Volume-Größe, wenn es sich bei dem Archiv um mehrere Volumes handelt) und schließlich den Befehl CREATE ARCHIVE ausführen. Der umgekehrte Vorgang erfolgt auf ähnliche Weise – das Extrahieren von Dateien aus dem Archiv (Entpacken des Archivs). Zuerst müssen Sie die Dateien auswählen, die aus dem Archiv extrahiert werden sollen, zweitens müssen Sie bestimmen, wo diese Dateien abgelegt werden sollen, und schließlich müssen Sie den Befehl EXTRACT FILES FROM ARCHIVE ausführen. In praktischen Kursen erfahren Sie mehr über die Arbeit von Archivierungsprogrammen.

Kurz zur Hauptsache

Informationen werden mit speziellen Archivierungsprogrammen komprimiert.

Die beiden am häufigsten in Komprimierungsalgorithmen verwendeten Methoden sind die Verwendung von Code variabler Länge und die Verwendung eines Zeichengruppenwiederholungsfaktors.

Fragen und Aufgaben

1. Was ist der Unterschied zwischen Codes mit konstanter und variabler Länge?
2. Welche Möglichkeiten haben Archivierungsprogramme?
3. Was ist der Grund? Breite Anwendung Archivierungsprogramme?
4. Kennen Sie neben den in diesem Absatz aufgeführten noch andere Archivierungsprogramme?

I. Semakin, L. Zalogova, S. Rusakov, L. Shestakova, Informatik, 9. Klasse
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Die Übertragung von Informationen erfolgt von der Quelle zum Empfänger (Empfänger) von Informationen. Quelle Informationen können alles sein: jedes Objekt oder Phänomen der lebenden oder unbelebten Natur. Der Prozess der Informationsübermittlung findet in einer bestimmten materiellen Umgebung statt, die Quelle und Empfänger der Information trennt, die sogenannte Kanal Übermittlung von Informationen. Informationen werden über den Kanal in Form einer bestimmten Folge von Signalen, Symbolen und Zeichen übertragen, die aufgerufen werden Nachricht. Empfänger Information ist ein Objekt, das eine Nachricht empfängt, was zu bestimmten Änderungen seines Zustands führt. Alles oben Genannte ist in der Abbildung schematisch dargestellt.

Übermittlung von Informationen

Ein Mensch erhält Informationen von allem, was ihn umgibt, über die Sinne: Hören, Sehen, Riechen, Tasten, Schmecken. Die größte Menge an Informationen erhält der Mensch durch Hören und Sehen. Tonbotschaften werden mit dem Ohr wahrgenommen – akustische Signale in einem kontinuierlichen Medium (meistens in der Luft). Das Sehen nimmt Lichtsignale wahr, die Bilder von Objekten vermitteln.

Nicht jede Nachricht ist für eine Person informativ. Beispielsweise enthält eine Nachricht in einer unbekannten Sprache, obwohl sie an eine Person übermittelt wird, keine Informationen für sie und kann keine angemessenen Änderungen ihres Zustands bewirken.

Ein Informationskanal kann entweder natürlicher Natur sein (atmosphärische Luft, durch die Schallwellen übertragen werden, von beobachteten Objekten reflektiertes Sonnenlicht) oder künstlich erzeugt werden. Im letzteren Fall handelt es sich um technische Kommunikationsmittel.

Technische Informationsübertragungssysteme

Das erste technische Mittel zur Informationsübertragung über eine Entfernung war der Telegraph, der 1837 vom Amerikaner Samuel Morse erfunden wurde. 1876 ​​erfindet der Amerikaner A. Bell das Telefon. Basierend auf der Entdeckung elektromagnetischer Wellen durch den deutschen Physiker Heinrich Hertz (1886), A.S. Popov in Russland im Jahr 1895 und fast gleichzeitig mit ihm im Jahr 1896 von G. Marconi in Italien wurde das Radio erfunden. Fernsehen und Internet entstanden im 20. Jahrhundert.

Alle aufgeführten technischen Methoden der Informationskommunikation basieren auf der Übertragung eines physikalischen (elektrischen oder elektromagnetischen) Signals über eine Distanz und unterliegen bestimmten allgemeinen Gesetzmäßigkeiten. Das Studium dieser Gesetze wird durchgeführt Kommunikationstheorie, das in den 1920er Jahren entstand. Mathematischer Apparat der Kommunikationstheorie - mathematische Theorie der Kommunikation, entwickelt vom amerikanischen Wissenschaftler Claude Shannon.

Claude Elwood Shannon (1916–2001), USA

Claude Shannon schlug ein Modell des Prozesses der Informationsübertragung über technische Kommunikationskanäle vor, dargestellt durch ein Diagramm.

Technisches Informationsübertragungssystem

Unter Codierung versteht man hier jede Umwandlung von Informationen aus einer Quelle in eine Form, die für die Übertragung über einen Kommunikationskanal geeignet ist. Dekodierung - Rückwärtssignalsequenzumwandlung.

Die Funktionsweise eines solchen Schemas kann anhand des bekannten Telefongesprächs erklärt werden. Die Informationsquelle ist die sprechende Person. Das Kodierungsgerät ist ein Telefonhörermikrofon, mit dessen Hilfe Schallwellen (Sprache) in elektrische Signale umgewandelt werden. Der Kommunikationskanal ist das Telefonnetz (Kabel, Schalter von Telefonknoten, durch die das Signal geleitet wird). Das Dekodiergerät ist der Hörer (Kopfhörer) der zuhörenden Person – der Informationsempfänger. Hier wird das eingehende elektrische Signal in Ton umgewandelt.

Modern Computersysteme Informationsübertragung – Computernetzwerke funktionieren nach dem gleichen Prinzip. Es gibt einen Kodierungsprozess, der binären Computercode in umwandelt physikalisches Signal der Typ, der über den Kommunikationskanal übertragen wird. Beim Dekodieren wird das übertragene Signal wieder in Computercode umgewandelt. Zum Beispiel bei der Nutzung von Telefonleitungen in Computernetzwerke Kodierungs- und Dekodierungsfunktionen werden von einem Gerät namens Modem ausgeführt.

Kanalkapazität und Informationsübertragungsgeschwindigkeit

Entwickler technischer Informationsübertragungssysteme müssen zwei miteinander verbundene Probleme lösen: Wie stellen sie sicher? höchste Geschwindigkeit Informationsübertragung und wie man Informationsverluste während der Übertragung reduzieren kann. Claude Shannon war der erste Wissenschaftler, der sich dieser Probleme annahm und für die damalige Zeit eine neue Wissenschaft schuf – Informationstheorie.

K. Shannon hat eine Methode zur Messung der über Kommunikationskanäle übertragenen Informationsmenge entwickelt. Sie stellten das Konzept vor Kanalkapazität,als maximal mögliche Geschwindigkeit der Informationsübertragung. Diese Geschwindigkeit wird in Bits pro Sekunde (auch Kilobits pro Sekunde, Megabits pro Sekunde) gemessen.

Die Kapazität eines Kommunikationskanals hängt von seiner ab technische Umsetzung. Computernetzwerke nutzen beispielsweise die folgenden Kommunikationsmittel:

Telefonleitungen,

Elektrischer Kabelanschluss,

Kommunikation über Glasfaserkabel,

Funkkommunikation.

Die Kapazität von Telefonleitungen beträgt Dutzende, Hunderte von Kbit/s; Die Kapazität von Glasfaserleitungen und Funkkommunikationsleitungen wird in Dutzenden und Hunderten von Mbit/s gemessen.

Lärm, Lärmschutz

Unter dem Begriff „Rauschen“ versteht man verschiedene Arten von Störungen, die das übertragene Signal verzerren und zu Informationsverlusten führen. Solche Störungen entstehen hauptsächlich aus technischen Gründen: schlechte Qualität der Kommunikationsleitungen, Unsicherheit verschiedener Informationsströme, die über dieselben Kanäle voneinander übertragen werden. Manchmal hören wir beim Telefonieren Geräusche, knisternde Geräusche, die es schwierig machen, den Gesprächspartner zu verstehen, oder unser Gespräch wird von Gesprächen völlig anderer Personen überlagert.

Das Vorhandensein von Rauschen führt zum Verlust der übertragenen Informationen. In solchen Fällen ist Lärmschutz erforderlich.

Zunächst werden technische Methoden eingesetzt, um Kommunikationskanäle vor Lärm zu schützen. Verwenden Sie beispielsweise abgeschirmte Kabel anstelle von blanken Drähten. die Verwendung verschiedener Arten von Filtern, die das Nutzsignal vom Rauschen usw. trennen.

wurde von Claude Shannon entwickelt Kodierungstheorie, die Methoden zur Lärmbekämpfung aufzeigt. Eine der wichtigen Ideen dieser Theorie ist, dass der über die Kommunikationsleitung übertragene Code sein muss überflüssig. Dadurch kann der Verlust eines Teils der Informationen während der Übertragung ausgeglichen werden. Wenn Sie beispielsweise beim Telefonieren schwerhörig sind, erhöhen Sie die Chance, dass Ihr Gesprächspartner Sie richtig versteht, indem Sie jedes Wort zweimal wiederholen.

Allerdings sollte die Redundanz nicht zu groß sein. Dies führt zu Verzögerungen und höheren Kommunikationskosten. Die Codierungstheorie ermöglicht es Ihnen, einen optimalen Code zu erhalten. In diesem Fall ist die Redundanz der übertragenen Informationen möglichst gering und die Zuverlässigkeit der empfangenen Informationen maximal.

In modernen digitalen Kommunikationssystemen wird häufig die folgende Technik eingesetzt, um dem Verlust von Informationen während der Übertragung entgegenzuwirken. Die gesamte Nachricht ist in Abschnitte unterteilt - Pakete. Für jedes Paket wird es berechnet Prüfsumme(Summe der Binärziffern), die zusammen mit diesem Paket übertragen wird. Am Empfangsort wird die Prüfsumme des empfangenen Pakets neu berechnet und, falls sie nicht mit der ursprünglichen Summe übereinstimmt, wird die Übertragung dieses Pakets wiederholt. Dies geschieht so lange, bis die Prüfsummen von Quelle und Ziel übereinstimmen.

Bei der Betrachtung der Informationsvermittlung in Propädeutik- und Grundlagenstudiengängen der Informatik sollte dieses Thema zunächst aus der Position des Menschen als Informationsempfänger diskutiert werden. Die Fähigkeit, Informationen aus der Umwelt zu gewinnen, ist die wichtigste Voraussetzung für die menschliche Existenz. Menschliche Sinnesorgane sind Informationskanäle des menschlichen Körpers, die zwischen einer Person und der äußeren Umgebung kommunizieren. Basierend auf diesem Kriterium werden Informationen in visuelle, auditive, olfaktorische, taktile und geschmackliche Informationen unterteilt. Der Grund dafür, dass Geschmack, Geruch und Berührung einem Menschen Informationen liefern, ist folgender: Wir erinnern uns an die Gerüche vertrauter Gegenstände, den Geschmack vertrauter Speisen und wir erkennen vertraute Gegenstände durch Berührung. Und der Inhalt unseres Gedächtnisses sind gespeicherte Informationen.

Den Schülern sollte erklärt werden, dass die Informationsfunktion der Sinne in der Tierwelt eine andere ist als beim Menschen. Der Geruchssinn übernimmt für Tiere eine wichtige Informationsfunktion. Der gesteigerte Geruchssinn von Diensthunden wird von Strafverfolgungsbehörden zur Suche nach Kriminellen, zum Aufspüren von Drogen usw. genutzt. Die visuelle und auditive Wahrnehmung von Tieren unterscheidet sich von der des Menschen. Es ist beispielsweise bekannt, dass Fledermäuse Ultraschall hören und Katzen im Dunkeln sehen (aus menschlicher Sicht).

Innerhalb dieses Themas sollten Studierende in der Lage sein, etwas zu geben konkrete Beispiele Bestimmen Sie für diese Beispiele die Quelle, den Empfänger von Informationen und die verwendeten Informationsübertragungskanäle.

Beim Informatikstudium im Gymnasium sollten die Schüler mit den Grundprinzipien der Theorie der technischen Kommunikation vertraut gemacht werden: den Konzepten der Kodierung, Dekodierung, Informationsübertragungsgeschwindigkeit, Kanalkapazität, Lärm, Lärmschutz. Diese Themen können unter dem Thema „ Technische Mittel Computernetzwerke".