Кто владеет информацией, тот владеет миром. Эта формула успеха, выведенная самим Ротшильдом еще в XIX веке, имеет огромное значение и в настоящее время, тем более что в веке XXI ценность информации постоянно возрастает. Одновременно повышается спрос на эффективные инструменты, позволяющие действенно организовать информационный трафик и сервис, в первую очередь это телекоммуникационный сектор.
Растущая значимость этого сектора экономики для мирового хозяйства и системы международных экономических отношений проявляется как в возрастании роли этого компонента в мировом производстве и торговле услугами, так и в том внимании, которое уделяют правительства стран мира и международные организации вопросам экономического развития сектора и регулирования мирового рынка телекоммуникаций.
Мировое хозяйство вступило в информационную стадию развития, в которой связь, информационная техника и технологии становятся все более существенными, если не одними из важнейших элементов его функционирования. Телекоммуникации - составная часть быстро развивающейся информационной сферы на всех ее уровнях, как национальном, так и глобальном.
Отрасль телекоммуникаций, является составной частью современной мировой экономики. Однако ее роль существенно отличается от влияния других секторов экономики на общие темпы развития человеческой цивилизации.
Цивилизация проходит три периода в своем развитии :
1) доиндустриальное общество: оно базируется на сельском хозяйстве, извлечении полезных ископаемых, рыболовстве, заготовке леса и привлечении подобных природных ресурсов; оно является в основном добывающим;
2) индустриальное общество носит прежде всего производящий характер: оно использует энергию и машинную технологию для изготовления товаров;
3) постиндустриальное общество является обрабатывающим: здесь обмен информацией и знаниями ("обработка данных") происходит в основном при помощи телекоммуникации и компьютеров.
«Важное значение для функционирования и развития социума имеет информация. Использование информационно-коммуникационных технологий способно дать огромный положительный эффект для экономики. Оно неизмеримо повышает мобильность капиталов, товаров и услуг, стимулирует предпринимательскую деятельность, развитие торговли, занятость, дает возможность более эффективно и творчески решать различные экономические и социальные проблемы, позволяет людям шире использовать свой потенциал» .
Многие ученые экономисты рассматривают телекоммуникационную индустрию как отдельную отрасль мировой экономики по оказанию определенных (информационных) услуг .
Телекоммуникации («Дальняя связь») – важнейшая составляющая связи, представляющая собой отрасль общественного производства, продукцией которой являются услуги в виде передачи сообщений и предоставления технических средств для передачи сообщений .
Телекоммуникационная услуга (Telecommunication Service) – то, что предлагается оператором для удовлетворения коммуникативных потребностей абонентов .
"Коммуникативные потребности" входят в группы как личных, так и социальных потребностей , иерархия которых предложена,в частности, американским психологом А. Маслоу.
Абонент (Subscriber) - физическое или юридическое лицо, которому предоставлена возможность использования телекоммуникационных услуг.
Отрасль телекоммуникаций состоит из совокупности сетей телекоммуникаций и служб, осуществляющих передачу информации и реализующих услуги телекоммуникаций потребителям .
Cеть телекоммуникаций - технологические системы, обеспечивающие один или несколько видов передач, телефонную, телеграфную, факсимильную, передачу данных и других видов документальных сообщений, телевизионные, звуковые и иные виды радио- и проводного вещания .
Рынок услуг телекоммуникаций (РУТ) является крупнейшим сегментом мирового рынка, важным элементом воспроизводственного процесса в глобальном масштабе. По оценкам Всемирной торговой организации (ВТО), по обороту он уступает только финансовому рынку .
Рынок услуг телекоммуникаций Республики Казахстан, как часть общемирового телекоммуникационного комплекса, развивается под влиянием основных доминирующих тенденций :
Для целей регулирования торговли услугами в рамках ВТО все услуги были классифицированы Секретариатом ГАТТ в рамках 12 секторов, куда и входят услуги в области связи .
Услуги средств связи и телекоммуникации в рамках ГАТС включают почтовую и курьерскую службу, средства телекоммуникации, аудио – и видео услуги .
Классификатор ГАТС (Генеральное соглашение о торговле услугами) включает в число телекоммуникационных услуг телефонную и телеграфную связь, передачу информации электронным путем, телекс, факсимильную связь, электронную почту и онлайновую связь, а так же более сложные виды телекоммуникаций, связанные с переработкой, хранением и кодированием информации .
Производственная деятельность предприятий почтовой связи включала прием от отправителей, обработку, пересылку и доставку адресатам письменной корреспонденции, посылок, денежных переводов, периодических изданий и другие услуги. Сегодня этот традиционный вид коммуникаций все более трансформируется в новое качество, впитывая новейшие достижения информационно-коммуникационных технологий. Телекоммуникационная связь (телекоммуникации) - это передача и прием знаков, сигналов, письменного текста, изображений и звуков и сообщений любого рода по проводной, радио, оптической и другим электрическим системам .
К телесвязи относятся телефонная, видеотелефонная, телеграфная, факсимильная связь, передача данных, радиовещание, телевидение, электронная почта. Именно такую связь в настоящее время все более идентифицируют с телекоммуникациями. В соответствии с подходами Всемирной торговой организации, «телекоммуникации» означают передачу или прием сигналов любым электромагнитным способом» .
Таким образом, ВТО из экономических отношений, складывающихся в рамках функционирования телекоммуникационной отрасли, исключает традиционные средства связи, такие как обычная почтовая связь, которая в настоящее время трансформируется в электронную. Традиционные «бумажные» услуги (корреспонденция, подписка на журналы и газеты, денежные переводы и т.д.) приобрели электронные аналоги. В ближайшие десятилетия электронный аспект коммуникационной деятельности будет играть главенствующую роль, а вышеперечисленные традиционные формы услуг сохранятся как дополнительные и будут стоить значительно дороже.
В зависимости от технической базы и организации производственных процессов по передаче информации в связи выделяется ряд подотраслей основной деятельности. Среди них важнейшее место занимает телефонная, телевизионная и спутниковая связь. Они также развиваются опережающими темпами по сравнению с другими отраслями мирового хозяйства и становятся все более привлекательными сферами бизнеса, в которых некогда существовавшая монополия государства уступает место острой конкурентной борьбе частных инвесторов.
Вначале 90-х годов специалистами японской компании NTT была предложена концепция VI&P. Основная идея VI&P состоит в том, что перспективная система связи должна обеспечивать такие возможности как обмен видеоинформацией (Visual), повышение интеллекта аппаратно-программных средств (Intelligent), предоставление услуг с учетом индивидуальных требований абонентов (Personal).
Главным источником развития современного рыночного хозяйства является научно - технический прогресс. Благодаря НТП возникают новые технологии, происходят структурные сдвиги, повышается эффективность экономики . НТП находит свое отражение в изменениях последних 10 лет в области систем и сетей передачи данных и информационно-телекоммуникационных технологиях и программном обеспечении.
Мировой рынок телекоммуникационных услуг объединяет традиционные услуги телефонии (местная (городская и сельская) связь, междугородная и международная связь), подвижную (мобильную, сотовую) связь, радиосвязь, радиовещание, телевидение, спутниковую связь, документальную связь, прочие виды услуг связи (аренда телекоммуникационных каналов, абонентское телеграфирование и др.). Телекоммуникационные услуги в конце ХХ в. (1980-1990 гг.) и в начале XXI в. вышли на качественно новый технический уровень благодаря использованию последних достижений научно-технического прогресса. Основными субъектами на РУТ являются телекоммуникационные фирмы (поставщики услуг), операторы телекоммуникационных сетей, производители оборудования (возникает рынок информационно-телекоммуникационного оборудования), клиенты (абоненты) (рисунок 2).
Абоненты заинтересованы в высоком качестве связи. При этом, возрастают требования к надежности сетей связи - коэффициенту готовности, времени восстановления работоспособности и другим показателям , становится все более актуальной конфиденциальность связи, в чем весьма заинтересованы и корпоративные клиенты, и частные лица.
Операторы телекоммуникационных сетей играют две очень важные роли на РТ. Во-первых, оператор - один из ключевых игроков. Во-вторых, он выполняет функции основного посредника для других игроков РТ. Для успешной работы оператора необходимы следующие условия:
Третье условие включает очевидный тезис. Оператор стремится покупать качественное оборудование связи, но, конечно, по приемлемым ценам. Он также заинтересован, чтобы тарифы на те телекоммуникационные услуги, которые он "покупает" у Поставщиков (телекоммуникационных фирм), гарантировали ему приемлемый доход как посреднику.
Развитие телекоммуникаций в значительной мере определяется состоянием экономики, которое принято оценивать величиной валового национального (ВНП) или внутреннего (ВВП) продукта .
Важным количественным параметром развития мирового (национального) рынка телекоммуникаций является показатель степени (уровня) проникновения (S), показывающий распространенность вида телекоммуникационной связи и культуру общения пользователей:
По данным, приведенным в , лидером 2001 года по величине телефонной плотности был Люксембург - 77,6 ОТА на 100 жителей. Далее, с небольшим отставанием, шли Норвегия, Швеция, Дания и Швейцария.
Показатель среднедушевого потребления услуг телекоммуникаций в Казахстане не самый высокий и составляет 105 долларов США в год (в России – 250 долларов США). Одним из важных факторов, определяющих уровень развития телекоммуникационного сектора, является быстро растущий показатель ВВП на душу населения в Казахстане, но он еще отстает от ВВП России на душу населения и десятки раз ниже уровня некоторых развитых стран.
Поэтому оснащенность казахстанских семей компьютерами и наличие доступа в Интернет в домохозяйствах остаётся достаточно низким. Так, доля домохозяйств Казахстана, имеющих компьютер, составляет 17%, причем 2/3 из домохозяйств, имеющих компьютер, проживает в городах (в Чехии оснащенность домохозяйств компьютерами составляет 29%, в Венгрии – 32%, в Великобритании – 65%). Из всех домохозяйств Казахстана подключение к сети Интернет имеет 5% семей (в Чехии - 19%, в Венгрии – 14%, во Франции – 34%, в Великобритании – 56%). В целом можно отметить, что в Казахстане 35% домохозяйств, имеющих компьютер, имеют подключение к сети Интернет (в Чехии данный показатель составляет 65%, в Венгрии – 44%, в Великобритании – 86%).
По ранжированию числа пользователей Интернетом (данные Международного союза по телекоммуникациям за 2004 год) к общей численности населения на первом месте находятся США - 89,26%, далее следуют Швеция - 74%, Голландия - 66,48%, Австралия - 66,37%, Гонконг - 66%, Южная Корея, Швейцария - 63,3 и 62,7%, Великобритания, Япония - 58,3 и 52,8%, Франция - 36,5%.
Китай и самая развитая страна Латинской Америки Бразилия к началу 2005г. имели 7,3% и 10% пользователей Интернетом к общей численности населения.
В субрегионе Юго-Восточная Азия среднестатистический показатель пользователей Интернетом к общей численности населения также невелик: к началу 2005г. 7,54%. В страновом аспекте показатели интенсивности пользованием Интернетом имеют Сингапур (40,4%) и Малайзия (35,9%). Развитые страны – члены АСЕАН: Бруней, Таиланд, Филиппины имели 9–10% пользователей соответственно, страны Индокитая (Лаос, Камбоджа, Мьянма) - менее 1%.
К этому надо добавить, что согласно данным Международного союза по телекоммуникациям об использовании Интернет на 2005 год, в Казахстане - 400 тыс. пользователей Интернет или 2,7% от общей численности населения. Для сравнения, в Южной Корее, Сингапуре, Японии процентное соотношение пользователей Интернета составляет 67%, в Великобритании - 63%, Дании - 70%, США и Канаде - 68%, России - 16,5% и Эстонии - 50%. Число Интернет-хостов на 10 000 жителей Казахстана составляет лишь 14,69, тогда как в России - 59,24, а на Украине 27,03. Статистика также показывает устойчивый рост числа пользователей Интернета, прирост которых в Казахстане за 2000-2005 гг. составил 471,5%, в России такой показатель составил 664,5%, Эстонии - 82,8%, Канаде - 67,8%, Великобритании - 145,5%.
Современные глобальные процессы неразрывно связаны с телекоммуникационными технологиями. Телекоммуникационные технологии, являясь гибридом информационных технологий и электроники быстро и повсеместно проникают во все отрасли экономики, а также являются самостоятельной мощной отраслью мировой экономики. Под воздействием ИТТ меняются формы экономической деятельности. Совершенствование системы коммуникаций и возможность теледоступа стирают географические границы и порождают изменения организации производства, модернизацию трудовых отношений и принципиальный рост мобильности рабочей силы, а также эволюцию производственного процесса.
Телекоммуникации и информационные технологии существенно изменили способ взаимодействия между людьми и компаниями, методы исследовательской деятельности, купли-продажи и проведения досуга. О возросшей значимости телекоммуникационного сектора для мировой экономики свидетельствует то, что его состояние и конъюнктура начинает оказывать решающее воздействие на развитие не только смежных отраслей, но и мировой экономики в целом.
Развитие телекоммуникационной отрасли страны является не только ключевым фактором экономического роста, но и необходимым условием развития и даже выживания в XXI веке.
Литература:
1. Белл Д. Грядущее постиндустриальное общество. Опыт социального прогнозирования. М., 1999. – 661 с.
2. Аникин О.Б. Перспективы развития мирового рынка телекоммуникационных услуг. - М., 2004.
3. WTO. Addendum on Telecommunications. Geneva 1996
4. ITU_T. Vocabulary of terms for ISDNs. Recommendation I.112. Geneva, 1993.
5. Курс экономики: Учебник / Под ред. Б.А. Райзберга. ИНФРА-М, 1997.
6. Концепция Правительства от 04.12.2001 N 1564 "концепция развития отрасли телекоммуникаций Республики Казахстан на период с 2001 по 2005 год"
8. Программа развития отрасли телекоммуникаций Республики Казахстан на 2006-2008 годы. Постановление Правительства Республики Казахстан от 7 июня 2006 года N 519
9. Кошанова Д.А. Либерализация внешнеторговой политики республики Казахстан в условиях глобализации. Астана: - «Елорда» - 2005.
10. Business Guide to the GATS, Geneva ITS/CS, 1999
11. Дюмелен И.И. Торговля услугами. М.: Экономика -2003.
12. Дубовский С.В. Путеводитель по глобальному моделированию // Общественные науки и современность. 1998. № 3.
13. Курс экономики: Учебник / Под ред. Б.А. Райзберга. - ИНФРА-М, 1997.
14. Оспанова Н., Соболева И. Рынок телекоммуникаций Казахстана «ICT-Marketing» 2006/2 Invest Kazakhstan
15. K. Adachi. Future Outlook for Visual Communications Services. - NTT Review, Vol. 3, No 5, 1991.
16. Алимбаев А.А. Государственное регулирование экономики. - Алматы.: ПК "ЭЛЕК", 1999.-320 с.
17. B.K. Попков. Математические модели живучести сетей связи. - Изд. СО АН СССР, Новосибирск, 1990.
Потребность в общении, в передаче и хранении информации возникла и развивалась вместе с развитием человеческого общества. Сегодня уже можно утверждать, что информационная сфера деятельности человека является определяющим фактором интеллектуальной, экономической и оборонной возможностей государства и человеческого общества в целом. Открытие электричества позволило найти средство, обеспечивающее доставку сообщений на значительные расстояния за короткое время сначала с помощью физических (проводных), а затем и беспроводных линий связи. Развитие теории электричества и магнетизма в XIX веке привело к появлению сначала проводной (телефонной и телеграфной), а затем и беспроводной связи, что создало технологическую базу для всех средств массовой информации – радиовещание, телевидение, Интернет, мобильная связь, которые в начале XX века активно вошли в повседневную жизнь. Потребности в передаче больших объемов информации на значительные расстояния привели к активным исследованиям, как в области условий распространения электромагнитных волн, так и методов обработки сигналов, обеспечивающих высокую пропускную способность каналов связи при требуемой достоверности в принимаемой информации. Результатом исследований явилось появление отдельных родов связи: проводная, радио, радиорелейная, тропосферная, спутниковая, которые, дополняя друг друга, способствуют повышению качества жизни населения в плане обмена информацией.
Открытие электромагнитных волн легли в основу изобретения электрического телеграфа как основы дальней связи.
В 1753 г. физик из Лейпцига Винклер открыл способ передачи электрического тока по проводам. Первым шагом на пути к созданию несколько иного пути по созданию электрического телеграфа был блестящий опыт датского физика, профессора Копенгагенского университета Ханса Кристиана Эрстеда (1777–1851) по отклонению магнитной стрелки под влиянием проводника с электрическим током. В созданном аппарате было два новшества, использованных многими изобретателями в будущих своих конструкциях: шелковая изоляционная обмотка проводов и сигнальное устройство (звонок), оповещающее о начале передачи. Этот опыт был продемонстрирован в 1830 г.
Человеком, сразу понявшим, что открытие Эрстеда можно использовать для практического телеграфа был российский ученый-электротехник Павел Львович Шиллинг (1786–1837), который в 1832 г. создал стрелочный телеграфный аппарат, у которого индикаторами служили пять стрелок.
Осенью 21 октября 1832 г. на его квартире состоялась первая публичная демонстрация «телеграфной системы Шиллинга». На демонстрации, где присутствовал сам российский император Николай I, по линии длиной 100 м была передана первая телеграмма, состоящая из 10 слов.
Именно с изобретения этого аппарата начинается эпоха практического применения электрического телеграфа, эволюция которого представлена аппаратами кодовой передачи сообщений С. Морзе.
Изобретение Шиллинга практически реализовал академик Петербургской академии наук Б. С. Якоби. В 1841 году он построил первую телеграфную линию между Зимним дворцом и Главным штабом. Б. С. Якоби в 1850 г. разработал первый в мире телеграфный аппарат (на три года раньше Морзе) с буквопечатанием принимаемых сообщений, в котором, как он говорил «регистрация знаков осуществлялась с помощью типографского шрифта».
Термин «радио» (от лат. radius, radiare, radio – испускать, облучать, излучать во все стороны) впервые ввел в обращение известный английский физик – химик В. Крукс (1832–1919). В вакуумной трубке, используя коромысловые весы в 1873 г. он измерил атомный вес открытого им же элемента талия и обнаружил нарушение балансировки высокоточного инструмента при возникновении теплового облучения. Чуть позже было подмечено аналогичное влияние светового излучения. На основе открытия был сконструирован измерительный прибор – «радиометр».
Впоследствии появились и другие приборы, содержащие в наименовании приставку «радио». К наиболее известным относится «радиокондуктор» (радиопроводник), предложенный французским физиком Э. Бранли (1844– 1940) для обнаружения электромагнитных колебаний в лабораторных условиях.
Строго говоря, практическая эра радиосвязи берет свой отсчет с 1883 г., когда Эдисон открыл эффект распыления вещества нити накаливания в электрической лампе, названный затем «эффектом Эдисона». Пытаясь продлить срок службы созданной им ранее лампы с угольной нитью введением в ее вакуумный баллон металлического электрода. При этом он обнаружил, что если приложить к электроду положительное напряжение, то в вакууме между этим электродом и нитью протекает ток. Это явление, которое было единственным фундаментальным научным открытием великого изобретателя, лежит в основе всех электронных ламп и всей электроники до транзисторного периода. Им были опубликованы материалы по так называемому эффекту Эдисона, и был получен соответствующий патент. Однако Эдисон не довел свое открытие до конечных результатов.
После лабораторных опытов Г. Герца в начале 1880-х годов с электромагнитными волнами идея беспроводного телеграфа стала реальной перспективой, хотя многие не видели в ней большой надобности: в Европе и Америке проводной связью были охвачены целые страны, и работала она вполне надежно. Однако кабели нельзя было проложить к морским судам и в труднодоступные места. Дорого стоила и их прокладка, например через водные преграды.
К началу 1890-х годов уже был известен прибор, способный реагировать на сильное электромагнитное излучение радиодиапазона. С ним много экспериментировал известный французский физик Э. Бранли. Детектором в приемнике служил когерер, еще в середине XIX века применявшийся в различных конструкциях грозоуказателей. Данный прибор представлял собой трубку, заполненную металлическими опилками, с выведенными наружу контактами. Он довольно плохо проводил электрический ток, но под действием сильного электромагнитного поля его электрическое сопротивление резко падало. Чтобы вернуть когерер в исходное состояние, его нужно было встряхнуть.
В этом устройстве источником высокочастотных колебаний служила индукционная катушка с прерывателем (катушка Румкорфа). Прерыватель периодически замыкал и размыкал цепь тока первичной катушки трансформатора. При этом во вторичной, повышающей обмотке возникали импульсы напряжения. Каждый такой импульс пробивал искровой промежуток между двумя шариками разрядника и вызывал серию затухающих колебаний в колебательном контуре, образованном шариками и антенной. Колебательная система излучала в окружающее пространство радиоволны. Чувствительным элементом приемника (рис. 3.2) служил когерер – трубка с двумя контактными пластинами, разделенными слоем металлического порошка. Под действием высокочастотных токов, наводимых в антенне, порошок спекался и замыкал цепь чувствительного реле. Далее включался телеграфный аппарат, записывающий принятый сигнал на ленту, и электрический звонок, молоточек которого встряхивал порошок когерера и нарушал его проводимость.
Впервые публично продемонстрирован разработанный прибор 25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании Физического отделения Русского физико-химического общества в физической лаборатории Петербургского университета. Этот день в нашей стране ежегодно отмечается как День радио.
Датой рождения первого электрического телефона считается 14 февраля 1876 г. В этот день в американское патентное ведомство поступило две заявки на аппарат для передачи звуков на расстояние посредством электрического тока. Первая принадлежала американскому преподавателю школы глухонемых А. Г. Беллу. Вторая, поступившая на два часа позже, – американскому физику И. Грею.
Обе заявки были вовсе не подобные, а принципиально различны. Белл сконструировал электромагнитный передатчик (микрофон), в котором передаваемый в линию ток изменялся вследствие изменения магнитного потока. Грей же предлагал совершенно иной метод изменения тока – вследствие изменения при колебаниях мембраны электрического сопротивления столбика проводящей жидкости. Не останавливаясь на сопоставлении достоинств и недостатков обоих устройств, отметим главное. Белл патентовал почти готовое устройство. Грей же подал лишь предварительное уведомление о намерении изобрести устройство с указанием предлагаемого принципа его действия.
Еще в годы учебы, ознакомившись с телефоном Рейса, Белл решил создать аппарат, превращающий звуки в световые сигналы. Он надеялся с его помощью научить говорить глухих детей. Начиная с 1873 г. он пытался сконструировать гармонический телеграф, способный передавать по одному проводу одновременно семь телеграмм (по числу нот в октаве). Для этого он использовал семь пар гибких металлических пластинок, подобных камертону, при этом каждая пара настраивалась на свою частоту. Во время одного из опытов 2 июня 1875 г. свободный конец одной из пластинок на передающей стороне линии приварился к контакту. Помощник Белла механик Томас Ватсон, безуспешно пытаясь устранить неисправность, чертыхался. Находящийся в другой комнате и манипулировавший приемными пластинками Белл своим чутким натренированным ухом уловил звук, дошедший по проводу. Самопроизвольно закрепленная на обоих концах пластинка превратилась в своеобразную гибкую мембрану и, находясь над полюсом магнита, изменяла его магнитный поток. Вследствие этого поступавший в линию электрический ток изменялся соответственно колебаниям воздуха, вызванным бормотанием Ватсона. Практически, это и был момент зарождения телефона.
Патентную заявку на этот телефон он подал 14 февраля 1876 г., а 7 марта получил патент. Спустя три дня –10 марта 1876 г. – по 12-метровому проводу, соединявшему квартиру Балла с лабораторией на чердаке, состоялась передача первой членораздельной фразы, ставшей исторической: «Мистер Ватсон, идите сюда. Вы мне нужны!». Несмотря на положительный результат, изобретение долгое время не находило практического применения.
Телекоммуникация - это передача знаков, сигналов, сообщений, письменного текста, изображений, звуков или сведений любого рода посредством проводных, радио-оптических или других электромагнитных систем. Телекоммуникация происходит, когда при обмене информацией между участниками связи используются технологии. Передача происходит либо электрически через физические носители, такие как кабели, либо с помощью электромагнитного излучения. Пути схожих передач часто разделены на каналы связи, что составляет преимущества мультиплексирования. Этот термин часто используется во множественном числе - телекоммуникации, поскольку включает в себя множество различных технологий.
Ранние средства связи на расстоянии включали в себя визуальные сигналы, такие как маяки, дымовые сигналы, семафорный телеграф, сигнальные флаги и оптические гелиографы. Другие виды дальней связи, используемые в прошлом - это звуковые сообщения, такие как закодированный барабанный бой, звук сигнальной трубы и громкие свистки. В технологиях дальней связи 20-го и 21-го веков, как правило, использовались электрические и электромагнитные технологии, такие как телеграф, телефон и телетайп, сетевые коммуникации, радио, микроволновая передача, оптоволоконные линии и спутники связи.
Революция в беспроводной связи произошла в первом десятилетии 20-го века благодаря новаторским разработкам в области радиосвязи Гульельмо Маркони, нобелевского лауреата по физике 1909 года. В число других известных первых изобретателей и разработчиков в области электрических и электронных телекоммуникаций входят Чарльз Уитстон и Сэмюэль Морзе (изобретатели телеграфа), Александр Грэхем Белл (изобретатель телефона), Эдвин Армстронг и Ли де Форест (изобретатели радио), а также Владимир Зворыкин, Джон Лоуги Бэрд и Фило Фарнсуорт (изобретатели и разработчики телевидения).
Слово "телекоммуникации" представляет собой соединение греческой приставки теле- (τηλε-), что означает "далеко" или "издалека" и латинского - "communicare" - "делать общим", "связывать". Его современное использование заимствовано из французского, потому что оно было использовано в этом значении в 1904 году французским инженером и романистом Едуаром Эстаунье. Слово "коммуникация" вошло в английский язык в конце 14-го века. Оно происходит от старофранцузского "сomunicación", которое, в свою очередь, произошло от латинского "communicationem" (в именительном падеже "communicatio"), существительное от основы причастия прошедшего времени "communicare" - "делить", "разделить"; "общаться", "передавать", "сообщать"; "присоединять", "объединять", "делать общим" от "communis" - общее.
В средние века обычно использовались цепи сигнальных вышек на возвышенностях, как средство ретрансляции сигнала. Эти сигнальные цепи обладали тем недостатком, что могли передавать только один бит информации, так что смысл сообщения, такого как "замечен враг " должен был быть заранее согласован. Один известный пример их использования был во время испанской Армады, когда цепь сигнальных вышек (маяков) передавала сигнал из Плимута в Лондон.
В 1792 году Шапп, французский инженер, построил первую стационарную систему визуальной телеграфии (или семафорной линии) между Лиллем и Парижем. Однако, семафор испытывал необходимость в квалифицированных операторах и дорогостоящих башнях, размещаемых с интервалом от десяти до тридцати километров. В результате конкуренции со стороны электрического телеграфа, последняя коммерческая семафорная линия прекратила свою работу в 1880 году.
Голуби в качестве доставщиков почты иногда использовались в различных культурах на протяжении всей истории человечества. Голубиная почта, как полагают, зародилась у персов и применялась римлянами как вспомогательное средство. У Фронтинуаса, упоминается использование Юлием Цезарем почтовых голубей в качестве посыльных при завоевания Галлии. Греки, также передавали имена победителей Олимпийских игр в разные города, посредством почтовых голубей. В начале 19-го века, голландское правительство применяло такую почтовую систему на островах Ява и Суматра. А в 1849 году Пол Джулиус Ройтер организовал голубиную почту для доставки биржевой информации между Аахеном и Брюсселем, которая действовала в течение года, пока между этими городами не появилась телеграфная связь.
Сэр Чарльз Уитстон и сэр Уильям Фотерджил Кук изобрели электрический телеграф в 1837. Кроме того, считается, что первый коммерческий электрический телеграф был построен Уитстоном и Куком и открыт 9 апреля 1839 года. Оба изобретателя рассматривали свое устройство, как "усовершенствование (к тому времени уже существовавшего) электромагнитного телеграфа", а не как новое устройство.
Сэмюэль Морзе независимо разработал версию электрического телеграфа, продемонстрированную 2 сентября 1837 года. Код, разработанный им, был важным шагом вперед по сравнению с методом сигнализации Уитстона. Первый трансатлантический телеграфный кабель был успешно проложен 27 июля 1866 года, что позволило впервые осуществить трансатлантическую передачу данных.
Обычный телефон был изобретен Александром Беллом и Элиша Греем в 1876 году независимо друг от друга. Антонио Меуччи был изобретателем первого устройства, которое позволяло производить электрическую передачу голоса по линии ещё в 1849 году. Однако в устройстве Меуччи было мало практической ценности, поскольку оно основывалось на электрофонном эффекте и, таким образом, требовалось размещать приемник в рот пользователям, чтобы "слышать", что было сказано. Первые коммерческие службы телефонной связи появились в 1878 и 1879 годах по обе стороны Атлантики в городах Нью-Хейвене и Лондоне.
В 1832 году Джеймс Линдсей продемонстрировал своим ученикам в классе сеанс беспроволочной телеграфии. К 1854 году он смог продемонстрировать передачу через реку Ферт-оф-Тей из Данди в Вудхэвен, Шотландию, на расстоянии двух миль (3 км), с использованием воды в качестве передающей среды. В декабре 1901 года, Гульельмо Маркони установил беспроводную связь между Сент-Джонс, Ньюфаундленд (Канада) и Полдху, Корнуолл (Англия), что принесло ему в 1909 году Нобелевскую премию по физике (которую он разделил с Карлом Брауном). Хотя, радиосвязь на короткие расстояния уже была продемонстрирована ещё в 1893 году, Николой Тесла перед Национальной ассоциацией электрического света.
25 марта 1925 года Джон Логи Бэрд сумел продемонстрировать передачу движущихся изображений в лондонском универмаге Селфриджес. Устройство Бэрда было основано на диске Нипкова и стало известно под названием механическое телевидение. Оно легло в основу экспериментальных передач, сделанных Британской радиовещательной корпорацией, начиная 30 сентября 1929 года. Тем не менее, большинство телевизоров 20-ого века было создано на основе электронно-лучевой трубки, изобретенной К. Брауном. Первый образец такого многообещающего телевидения был произведен и продемонстрирован своей семье Фарнсуортом 7 сентября 1927 года.
11 сентября 1940 года Джордж Стибиц передал задачу для своего калькулятора комплексных чисел в Нью-Йорке, используя телетайп, и получил в ответ результаты расчетов в Дартмутском колледже в Нью-Гемпшире. Такая конфигурация централизованного компьютера (ЭВМ) с удаленными простыми терминалами оставалась популярной и в 1970-е годы. Тем не менее, уже в 1960-х годах, начали исследовать коммутацию пакетов - технологию, которая посылает сообщение по частям к месту назначения в асинхронном режиме без прохождения через централизованную ЭВМ. Сеть с четырьмя узлами, появившаяся 5 декабря 1969 года, стала прообразом ARPANET, которая к 1981 году разрослась до 213 узлов. ARPANET в конце концов слилась с другими сетями, так появился Интернет. В то время, как развитие Интернета было в центре внимания Инжене́рного Совета Интернета (IETF), опубликовавшего серию рабочих предложений, другие сетевые разработки, такие как локальная сеть (LAN), Ethernet (1983) и маркер протокола кольцо (1984) происходили в промышленных лабораториях.
Современные телекоммуникации основаны на ряде ключевых концепций, которые прошли путь прогрессивного развития и улучшений на протяжении более ста лет.
Телекоммуникационные технологии в первую очередь могут быть разделены на проводные и беспроводные методы. Хотя, в целом, базовая телекоммуникационная система состоит из трех основных частей, которые всегда присутствуют в той или иной форме:
Передатчик, который принимает информацию и преобразует её в сигнал.
Среда передачи, которая также называется физическим каналом, несущим сигнал. Примером этого может служить "канал свободного пространства ".
Приемник, который принимает сигнал из канала и преобразует его обратно в полезную для получателя информацию.
Например, в радиовещательной станции усилитель большой мощности радиостанции является передатчиком и передающая антенна является интерфейсом между усилителем мощности и "каналом свободного пространства ". Свободное пространство является передающей средой и антенна приемника является интерфейсом между "каналом свободного пространства " и приемным устройством. Затем приемник радио получает радиосигнал, где он преобразуется из электричества в звук, который могут услышать люди.
Иногда встречаются, телекоммуникационные системы "Duplex" - системы с двусторонней связью, объединяющие в одной коробке и передатчик, и приемник, то есть приемопередатчики. Например, сотовый телефон является приемопередатчиком. Электронная схема передатчика и электроника приемника внутри трансивера в действительности вполне независимы друг от друга. Это можно легко объяснить тем фактом, что радиопередатчики содержат усилители мощности, которые работают с электрическими мощностями, порядка нескольких ватт или киловатт, но радиоприемники имеют дело с радиосигналами, мощность которых порядка нескольких микроватт или нановатт. Следовательно, трансиверы необходимо тщательно проектировать и монтировать, чтобы изолировать высокомощную часть схемы от маломощной части, чтобы не создавались помехи.
Телекоммуникации через фиксированные линии называются двухточечным соединением, потому что связь здесь осуществляется между одним передатчиком и одним приемником. Телекоммуникации, осуществляемые посредством радиопередачи, называются широковещательной связью, потому что они осуществляются между одним мощным передатчиком и многочисленными маломощными, но чувствительными радиоприемниками.
Телекоммуникации, в которых множество передатчиков и несколько приемников были разработаны, чтобы совместно использовать один и тот же физический канал, называются мультиплекс системы. Совместное использование физических каналов с использованием мультиплексирования часто дает очень значительное сокращение расходов. Мультиплекс системы размещаются в телекоммуникационных сетях и мультиплексированные сигналы коммутируются узлами с необходимым приемным терминалом.
Коммуникационные знаки могут быть переданы либо посредством аналоговых, либо посредством цифровых сигналов. Существуют аналоговые системы связи и цифровые системы связи. При аналоговой системе, сигнал непрерывно изменяется вместе с изменением информации. В цифровом системе, информация кодируется в виде набора дискретных значений (например, набор единиц и нулей). Во время распространения и приема, информация, содержащаяся в аналоговых сигналах, неизбежно ухудшается из-за нежелательного физического шума. Выходной сигнал передатчика является практически бесшумным. Как правило, шум в системе связи, можно выразить в виде прибавления или вычитания из желательного сигнала случайной помехи. Эта форма шума называется аддитивным шумом, учитывая, что шум может быть отрицательным или положительным в разные моменты времени. Шум, который не является аддитивным является шумом гораздо более сложного для описания и анализа вида.
С другой стороны, если добавка раздражающего воздействия шума не превышает определенный порог, то информация, содержащаяся в цифровом сигнале, не будет искажаться. Устойчивость к шуму является ключевым преимуществом цифровых сигналов по сравнению с аналоговыми сигналами.
Телекоммуникационная сеть представляет собой совокупность передатчиков, приемников и каналов связи, которые обмениваются сообщениями. Некоторые цифровые сети связи содержат один или несколько маршрутизаторов, которые работают вместе, чтобы передавать информацию именно тому пользователю, для которого она предназначена. Сеть аналоговых коммуникаций состоит из одного или нескольких коммутаторов, которые устанавливают связь между двумя или несколькими пользователями. Для обоих типов сетей, могут понадобиться повторители, чтобы усилить или воссоздать сигнал при передаче на большое расстояние. Это делается для борьбы с ослаблениями, которые могут сделать сигнал неотличимым от шума. Еще одним преимуществом цифровых систем по сравнению с аналоговыми является то, что их выходное значение легче хранить в памяти в виде двух состояний напряжения (высокий уровень и низкий уровень) , чем значения, непрерывно изменяющиеся в диапазоне состояний.
Термин "канал" имеет два различных значения. В одном смысле, канал является физическим носителем, который несет сигнал между передатчиком и приемником. Например, атмосфера для звуковых коммуникаций, оптоволокно для некоторых видов оптической связи, коаксиальный кабель для связи посредством напряжений и электрических токов в них, и свободное пространство для коммуникации с использованием видимого света, инфракрасных волн, ультрафиолетового света и радиоволн. Этот последний канал называется "каналом свободного пространства ". Передача радиоволн от одного места к другому не зависит от наличия или отсутствия атмосферы между ними. Радиоволны проходят через идеальный вакуум так же легко, как они путешествуют по воздуху, туман, облака, или любую другую газовую среду.
Другое значение термина "канал" рассматривается в области телекоммуникаций, в смысле канала связи, который является частью передающей среды так, что вся среда может быть использована для передачи нескольких потоков данных одновременно. Например, одна радиостанция может транслировать радиоволны в свободном пространстве на частотах в районе 94,5 МГц (мегагерц), в то время как другая радиостанция может одновременно транслировать радиоволны на частотах в районе 96,1 МГц. Каждая радиостанция будет передавать радиоволны по полосе частот около 180 кГц (килогерц), с центром на частотах, указанных выше, которые называются «несущие частоты". Каждая станция в данном примере отстоит от соседних станций на 200 кГц, а разница между 200 кГц и 180 кГц (20 кГц), является инженерным допуском, учитывающим недостатки в системе связи.
В приведенном выше примере, "канал свободного пространства " был разделен на каналы связи в соответствии с частотами, и для каждого канала назначена отдельная полоса частот для передачи радиоволн. Эта система разделения среды в каналах в соответствии с частотой, называется "мультиплексирование с частотным разделением каналов". Другой термин для обозначения того же принципа называется "спектральным уплотнением каналов", которое чаще всего используется в оптической связи, когда несколько передатчиков используют одну и ту же физическую среду.
Другой способ разделения коммуникационной среды на каналы заключается в том, чтобы выделить каждому отправителю повторяющийся отрезок времени ("временной интервал", например, 20 миллисекунд из каждой секунды) и разрешить каждому отправителю отправлять сообщения только в пределах этого, выделенного данному отправителю, промежутка времени. Этот метод разделения среды на каналы связи, называется «мультиплексированием с разделением по времени" (TDM), и используется в оптоволоконной связи. Некоторые системы радиосвязи используют TDM в пределах выделенного канала FDM. Таким образом, эти системы используют гибрид TDM и FDM.
Формирование сигнала для передачи информации называется модуляцией. Модуляция может быть использована для представления цифрового сообщения в качестве аналогового сигнала. Такой вид модуляции обычно называется "манипуляцией" - термин, унаследованный от применения кода Морзе в области телекоммуникаций и подразделяется на несколько методов манипуляции (к ним относятся фазовая манипуляция, частотная манипуляция и амплитудная манипуляция). В "Bluetooth", например, используется фазовая манипуляция для обмена информацией между различными устройствами. Кроме того, существует манипуляция, комбинирующая изменения фазы и амплитуды, которая называется (на жаргоне данной области) квадратурной амплитудной манипуляцией (КАМ) и используются в системах цифрового радио с высокой пропускной способностью.
Модуляция может также использоваться для передачи низкочастотных аналоговых сигналов на более высоких частотах. Это полезно, так как аналоговые низкочастотные сигналы не могут быть эффективно переданы через свободное пространство. Следовательно, информация из аналогового низкочастотного сигнала должна быть внедрена в сигнал высокой частоты (известной как "несущая волна") перед передачей. Есть несколько различных схем модуляции, доступных для достижения этой цели, два самых основных метода модуляции - амплитудная модуляция (AM) и частотная модуляция (ЧМ). Примером этого процесса является "внедрение" голоса диджея в несущую волну частоты 96 МГц с использованием частотной модуляции (голос затем будет "выловлен" радиоприемником на частоте "96 FM"). Кроме того, модуляция имеет то преимущество, что она может использовать мультиплексирование с частотным разделением (FDM).
Телекоммуникации имеют важное социальное, культурное и экономическое влияние на современное общество. В 2008 году доходы в телекоммуникационной отрасли составили $ 4,7 трлн, или чуть менее 3 % от валового мирового продукта (по официальному курсу).
На микроэкономическом уровне, компании использовали телекоммуникации для развития глобальных бизнес-империй. Это само собой разумеющееся в случае интернет-магазина Amazon.com, но, согласно академику Эдварду Ленерту, даже обычный розничный торговец Walmart извлек выгоду благодаря лучшей телекоммуникационной инфраструктуре по сравнению с конкурентами. В городах по всему миру домовладельцы используют свои телефоны, чтобы заказывать и организовывать различные домашние услуги, начиная от поставок пиццы до услуг электриков. Даже в относительно бедных слоях общества было отмечено использование электросвязи для собственной пользы. В округе Бангладеш Нарсингди изолированные сельские жители используют сотовые телефоны для заказов товаров непосредственно у оптовиков, чтобы приобретать товары по более выгодной цене. В Кот-д"Ивуаре, производители кофе отслеживают по мобильным телефонам почасовые изменения цен на кофе и продают его по лучшей цене.
На макроэкономическом уровне, Ларс-Хендрик Роллер и Леонард Вейверма предложили причинно-следственную связь между хорошей телекоммуникационной инфраструктурой и экономическим ростом. Мало кто оспаривает существование корреляции, хотя некоторые утверждают, что неправильно рассматривать это отношение, как причинное.
В связи с получением экономических преимуществ при использовании хорошей телекоммуникационной инфраструктуры, растет беспокойство по поводу неравного доступа к услугам электросвязи в различных стран мира, называемое цифровым неравенством. В 2003 году исследование, проведенное Международным союзом электросвязи (МСЭ) показал, что примерно в 1/3 стран на каждые 20 человек приходится менее одного мобильного телефона и в 1/3 стран на каждые 20 человек приходится менее одного стационарного телефона. В плане доступа к Интернету, примерно в половине всех стран на каждые 20 человек приходится менее одного выхода в Интернет. Исходя из этой информации и данных об уровне образования в МСЭ был разработан показатель, который измеряет общую возможность доступа граждан к информационным и коммуникационным технологиям. По данному показателю Швеция, Дания и Исландия входят в тройку лидеров, в то время как африканские страны Нигерия, Буркина-Фасо и Мали замыкают данный рейтинг.
Телекоммуникации играют значительную роль в общественных отношениях. В виду того, что в такие устройства как телефон изначально представляли практическую ценность (например, способность вести бизнес или заказ услуг), то совсем не учитывался их социальный аспект. Так продолжалось до конца 1920-х годов, а 1930-е годы социальные аспекты устройства стали важной темой в продвижении телефонов. Новые рекламные акции обращались теперь к эмоциям потребителя, подчеркивая важность социальных разговоров и желания оставаться на связи с семьей и друзьями.
С тех пор роль, которую телекоммуникации играют в общественных отношениях приобретает все большее значение. В последние годы популярность сайтов социальных сетей резко возросло. Эти сайты позволяют пользователям общаться друг с другом, а также обмениваться фотографиями, событиями и видеть статусы и профили других пользователей. В профилях можно указать возраст, интересы, сексуальные предпочтения и статус отношений. Таким образом, эти сайты могут играть важную роль во всем, от организации общественных движений до ухаживаний.
До возникновения сайтов социальных сетей, такие технологии, как служба коротких сообщений (SMS) и телефон также оказывали значительное влияние на социальное взаимодействие. В 2000 году группа по маркетинговым исследованиям Ipsos MORI сообщила, что 81% пользователей в возрасте от 15 до 24 лет в Соединенном Королевстве использовали службу коротких сообщений для координации общественных отношений и 42% - для флирта.
В культурном плане, телекоммуникации расширили возможности граждан на получение доступа к музыке и кино. С помощью телевидения, люди могут смотреть фильмы, которые они раньше не видели в своем собственном доме, не выезжая в видеомагазин или кинотеатр. С помощью радио и Интернета, люди могут слушать музыку, которую они никогда раньше не слышали, не посещая музыкальный магазин.
Телекоммуникации также изменили способ получения новостей. Согласно исследованиям некоммерческой организации Pew Internet и American Life Project за 2006 год из опрошенных чуть более 3000 американцев большинство указали в качестве источника новостей - телевизор, радио или газеты.
Телекоммуникации оказали и значительное влияние на рекламу. TNS Media Intelligence сообщила, что в 2007 году, 58% расходов на рекламу в Соединенных Штатах было потрачено на средства массовой информации, зависящих от телекоммуникационных услуг.
Многие страны приняли законодательство, которое соответствует требованиям Регламента международной электросвязи, установленных Международным союзом электросвязи (МСЭ), который является "ведущим учреждением ООН в области информационно-коммуникационных технологий». В 1947 году в Атлантик-Сити конференция МСЭ решила "предоставить международную защиту всех частот, зарегистрированных в новом международном списке частот и используемых в соответствии с Регламентом радиосвязи." Согласно Регламента радиосвязи МСЭ, принятых в Атлантик-Сити, все частоты, указанные в международной регистрации частот, рассмотренные Советом и зарегистрированные в Международном Реестре частот "имеют право на международную защиту от вредных помех."
С учетом глобальных перспектив происходили политические дебаты и принимались законодательные акты, касающиеся управления электросвязью и вещанием. В истории вещания случались и дискуссии в отношении приравнивания к обычной связи, такой как печать, современных телекоммуникаций, таких как радиовещание. С началом Второй мировой войны произошел взрывной рост международного пропагандистского вещания Страны, их правительства, мятежники, террористы и народное ополчение использовали все возможные методы телекоммуникаций и телерадиовещания с целью продвижения своей пропаганды. Патриотическая пропаганда политических движений и колонизации началась с середины 1930-х. В 1936 году BBC вела пропагандистские передачи в арабском мире частично противопоставляя свои трансляции подобным трансляциям из Италии, которая также имела колониальные интересы в Северной Африке.
Современные повстанцы, такие как те, что принимали участие в последней войне в Ираке, часто используют запугивающие телефонные звонки, SMS-сообщения и распространение изощренных видео нападения на войска коалиции, участвующей в антитеррористической операции. "Мятежники-сунниты даже имеют свою собственную телевизионную станцию, Аль-Zawraa, которая будучи запрещенной иракским правительством, по-прежнему вещает из города Эрбиль, Иракский Курдистан, даже после того, как под давлением коалиции ему приходилось менять спутниковый хостинг по несколько раз."
Согласно данным, собранным Гартнер Арс-текника, было произведена продажа основного пользовательского телекоммуникационного оборудования во всем мире в миллионах единиц:
В телефонной сети один абонент подключается к другому абоненту посредством переключателей на различных телефонных станциях. Переключатели образуют электрическое соединение между двумя пользователями и установки этих переключателей определяются в электронном виде, когда вызывающий абонент набирает номер. После того, как соединение установлено, голос вызывающего абонента преобразуется в электрический сигнал с помощью небольшого микрофона в телефонной трубке вызывающего абонента. Этот электрический сигнал передается через сеть пользователю на другом конце, где и преобразуется обратно в звук небольшого динамика в трубке вызываемого абонента.
Стационарные телефоны в большинстве жилых домов являются аналоговыми, то есть голос говорящего непосредственно определяет напряжение сигнала. Несмотря на то, что вызовы на короткие расстояния могут быть обработаны от начала и до конца как аналоговые сигналы, провайдеры телефонных услуг все чаще и чаще осуществляют сквозное преобразование входящих сигналов в цифровых сигналов для передачи. Преимуществом такого подхода является то, что оцифрованные речевые данные могут передаваться совместно с данными из Интернета и могут быть полностью воспроизведены при осуществлении связи на большое расстояние (в отличие от аналоговых сигналов, которые неизбежно будут искажены шумом).
Мобильные телефоны оказали значительное влияние на телефонные сети. Число абонентов мобильной связи в настоящее время превышает число абонентов стационарной связи. Продажи мобильных телефонов в 2005 году составили 816,6 млн. с учетом того, что эта цифра почти поровну распределена между рынками Азии / Тихого океана (204 млн.), Западной Европы (164 млн.), ЦЕБВА (Центральная Европа, Ближний Восток и Африка) (153,5 млн.) , Северной Америки (148 млн.) и Латинской Америки (102 млн.). С учетом новых подписок за пять лет с 1999 года, Африка опережает другие рынки с ростом 58,2%. Все чаще эти телефоны обслуживаются системами, в которых голосовые сообщения передаются в цифровом виде, таких как GSM или W-CDMA и сокращается число аналоговых систем, таких как AMPS.
Также произошли кардинальные изменения в телефонной связи, оставшиеся за кадром. Начиная с деятельности ТАТ-8 в 1988 году, 1990-е годы увидели широкое внедрение систем на основе оптоволокна. Преимущество коммуникаций с применением оптоволокна в том, что они предлагают кардинальное увеличение пропускной способности. Собственно, ТАТ-8 был в состоянии поддерживать в 10 раз больше телефонных звонков, чем самый современный медный кабель, проложенный в ту пору, а современные оптоволоконные кабели способны поддерживать в 25 раз больше телефонных звонков, чем поддерживалось ТАТ-8. Это увеличение пропускной способности обусловлено целым рядом факторов: Во-первых, оптические волокна физически намного меньше, чем конкурирующие технологии. Во-вторых, они не страдают от перекрестных помех, а это означает то, что несколько сотен из них могут быть легко собраны вместе в одном кабеле. И, наконец, улучшения в мультиплексировании привели к экспоненциальному росту пропускной способности одного волокна.
Коммуникации во многих современных оптоволоконных сетях осуществляются согласно протокола, известного как Асинхронный режим передачи (ATM). Протокол ATM позволяет осуществлять совместную передачу данных. Он подходит для телефонных сетей общего пользования, поскольку устанавливает путь для данных через сеть и связывает соглашение о трафике с этим путем. Соглашение о трафике, по существу, соглашение между клиентом и сетью о том, как сеть должна обрабатывать данные; если сеть не может отвечать соглашению о трафике, то соединение с такой сетью отклоняется. Это важно, потому что телефонные соединения должны происходить с гарантированной поддержкой постоянной скорости передачи, что обеспечит передачу голоса вызывающего абонента полностью без задержек или провалов. Есть конкуренты ATM, такие как многопротокольная коммутация по меткам (MPLS), которые выполняют аналогичную задачу и, как ожидается, вытеснят ATM в будущем.
В системе широковещательной передачи центральная вещательная вышка большой мощности передает высокочастотную электромагнитную волну многочисленным маломощным приемникам. Высокочастотная волна, посланная вышкой, модулируется сигналом, содержащим визуальную или звуковую информацию. Приемник, в свою очередь, настроен таким образом, чтобы принять и усилить высокочастотную волну и, используя демодулятор, выделить сигнал, содержащий визуальную или звуковую информацию. Широковещательный сигнал может быть как аналоговым (сигнал изменяется непрерывно вместе с информацией) или цифровой (информация кодируется в виде набора дискретных значений).
Индустрия вещательных СМИ вступила в критический поворотный этап своего развития с переходом многих стран от аналогового к цифровому телевещанию. Этот шаг стал возможным благодаря производству дешевых, быстрых и более функциональных интегральных схем. Главным преимуществом цифрового вещания является то, что оно избавлено от ряда недостатков, характерных для традиционных аналоговых передач. На телевизионной картинке это проявляется устранением проблем, таких как снежные картины, ореолы и другие искажения. Это происходит из-за характера аналоговой передачи, что означает, искажения, вызванные шумом, будут заметны в конечном результате. Цифровая передача преодолевает эту проблему, так как цифровые сигналы восстанавливаются до дискретных значений при приеме и, следовательно, малые возмущения не влияют на конечный результат. В упрощенном примере, если бинарное сообщение 1011 передавалось с амплитудой сигналов: , а полученные сигналы имеют амплитуды: , то при декодировании получаем в двоичном сообщении 1011 - идеальное воспроизведение того, что было отправлено. Из этого примера, можно заметить проблему цифровой передачи, заключающейся в том, что, если шум достаточно велик, то он может существенно изменить декодированное сообщение. Используя прямую коррекцию ошибок, приемник может исправить несколько битовых ошибок в полученном сообщении, но слишком большое количество шума приведет к малопонятным выходным сигналам и, следовательно, нарушению передачи.
В цифровом телевизионном вещании, существует три конкурирующих стандарта, которые, вероятно, будут приняты во всем мире. Это ATSC, DVB и ISDB стандарты. Все три стандарта используют MPEG-2 для сжатия видео. ATSC использует Dolby Digital AC-3 для сжатия аудио, ISDB использует Advanced Audio Coding (MPEG-2 Часть 7) и DVB не имеет стандарт для сжатия звука, но, как правило, использует MPEG-1 Часть 3 Layer 2. Выбор модуляции также изменяется от схемы к схеме. В цифровом аудиовещании, стандарты гораздо более унифицированы практически во всех странах, решивших принять стандарт Digital Audio Broadcasting (также известный как стандарт Эврика 147). Исключение составляют Соединенные Штаты, которые выбрали HD Radio. HD Radio, в отличие от Эврика 147, основан на способе передачи, известном как IBOC, что позволяет осуществлять передачу цифровой информации обычными АМ или ЧМ аналоговыми передатчиками.
Тем не менее, несмотря на ожидание перехода на "цифровое", аналоговое телевидение всё ещё передается в большинстве стран. Исключением являются Соединенные Штаты, где прекращено аналоговое телевизионное вещание (всеми, кроме телевизионных станций очень малой мощности) с 12 июня 2009 года после двойной отсрочки переключения. В Кении, также прекратилось аналоговое телевизионное вещание в декабре 2014 года, после многократных переносов даты. Для аналогового телевидения, есть три стандарта, используемых для трансляции цветного телевидения. Они известны как PAL (немецкая разработка), NTSC (Североамериканская разработка) и SECAM (французская разработка). Важно понимать, что эти способы передачи цветного телевидения не имеют ничего общего со стандартами черно-белого телевидения, которые также различные в разных странах. Для аналогового радио, переход на цифровое радио затрудняется тем, что аналоговые приемники значительно дешевле цифровых приемников. Выбор модуляции для аналогового радио, как правило, осуществляется между амплитудной (AM) или частотной (FM) модуляциями. Для достижения стереофонического воспроизведения используется амплитудно-модулированная поднесущая для стерео FM.
Интернет представляет собой всемирную сеть компьютеров и компьютерных сетей, которые взаимодействуют друг с другом с помощью Интернет-протокола. Любой компьютер в Интернете имеет уникальный IP-адрес, который может быть использован другими компьютерами для направления информации к нему. Следовательно, любой компьютер в сети Интернет может отправить сообщение на любой другой компьютер, используя его IP-адрес. Эти сообщения несут с собой IP-адрес и передающего компьютера, что позволяет осуществлять двустороннюю связь. Интернет - это обмен сообщениями между компьютерами.
По оценкам, 51% информации, передаваемой через двусторонние телекоммуникационные сети в 2000 году было передано через Интернет,большая же часть остальной информации (42%) - через стационарный телефон. К 2007 году Интернет явно доминировал и захватил 97% всей информации в телекоммуникационных сетях (большая часть остальной информации(2%) - с помощью мобильных телефонов. По состоянию на 2008 г. примерно 21,9% мирового населения имеет доступ к сети Интернет с самым высоким уровнем доступа (измеряется в процентах от населения) в Северной Америке (73,6%), в Океании / Австралии (59,5%) и в Европе (48,1 %). В широкополосном доступе лидируют: Исландия (26,7%), в Южная Корея (25,4%) и Нидерланды (25,3%) .
Интернет работает отчасти из-за протоколов, которые определяют, как компьютеры и маршрутизаторы обмениваются данными между собой. Характер компьютерной сетевой связи поддается рассмотрению с позиции многоуровневого подхода, когда одни протоколы в стеке протоколов запускаются более или менее независимо от других протоколов. Это позволяет протоколам более низкого уровня быть настроенными на определенное состояние в сети до тех пор, пока не изменится способ работы протокола более высокого уровня. Практический пример того, почему это важно, состоит в том, что это позволяет Интернет-браузеру выполнить одинаково один и тот же код, независимо от того, подключен компьютер к сети Интернет через Ethernet или Wi-Fi соединение. О протоколах часто говорят с точки зрения их места в эталонной модели OSI, который появился в 1983 году в качестве первого шага в неудачной попытке создать универсально принятый набор сетевых протоколов.
Для Интернета характерно изменение по несколько раз физической среды и канального протокола на протяжении всего маршрута, проходящего пакетами. Это потому, что Интернет не накладывает никаких ограничений на то, какая физическая среда и какие протоколы передачи данных могут использоваться. Это приводит к принятию информации и протоколов, которые наиболее подходящий для ситуации в локальной сети. На практике в большинстве случаев межконтинентальной связи будет использоваться протокол с асинхронным режимом передачи (ATM) или его более современный эквивалент - на основе оптоволокна. Это объясняется тем, что в большинство сеансов межконтинентальной связи в Интернете используют ту же инфраструктуру, что и коммутируемая телефонная сеть общего пользования.
На сетевом уровне происходит стандартизация с интернет протоколом IP, необходимым для логической адресации. Для World Wide Web, эти "IP-адреса" выводятся из "человекочитаемой" формы с использованием системы доменных имен DNS (например, 72.14.207.99 происходящего от www.google.com). На данный момент наиболее широко используемой версией интернет-протокола является версия четыре, но переход к версии шесть неизбежна.
На транспортном уровне, большинство сеансов связи принимает либо протокол управления передачей (TCP) или протокол передачи дейтаграмм пользователя (UDP). TCP используется, когда необходимо, чтобы каждое отправленное сообщение принималось другим компьютером, тогда как UDP используется, когда это просто желательно. В случае TCP, пакеты передаются повторно, если они будут потеряны и упорядочены, прежде чем они будут представлены в более высокие слои. С помощью UDP пакеты не упорядочиваются и повторно не передаются в случае утери. Оба TCP и UDP-пакеты переносят и номера портов, чтобы указать, какое приложение или процесс должен обработать пакет. Поскольку некоторые протоколы прикладного уровня используют определенные порты, сетевые администраторы могут управлять трафиком в соответствии с конкретными требованиями. Например, чтобы ограничить доступ к Интернету, блокируя трафик, предназначенный для конкретного порта или повлиять на работу некоторых приложений путем присвоения приоритета.
Над транспортным уровнем, существуют определенные протоколы, которые иногда используются и свободно помещаются в сессии и презентации слоев, прежде всего это протоколы: Secure Sockets Layer (SSL) и Transport Layer Security (TLS) . Эти протоколы гарантируют, что данные, передаваемые между двумя сторонами, остаются полностью конфиденциальными. И, наконец, на уровне приложений многим из пользователей интернет-протоколов известны такие, как HTTP (веб-браузер), POP3 (электронная почта), FTP (передача файлов), IRC (Internet чат), BitTorrent (общий доступ к файлам) и XMPP (мгновенный обмен сообщениями).
Интернет-протокол для передачи голоса (VoIP) позволяет использовать пакеты данных для синхронных голосовых коммуникаций. Пакеты данных маркируются как пакеты голосовых сообщений и могут иметь приоритет для передачи в режиме реального времени, синхронный разговор менее подвержен конкуренции с другими типами трафика данных, которые могут быть отсроченными (т.е. передача файлов или электронной почты) или быть заранее буферизованными (то есть аудио и видео) без искажений. Это предоставление приоритета хорошо работает, когда сеть имеет достаточную пропускную способность для всех VoIP-вызовов, происходящих одновременно, а в сети включена опция установления приоритетов т.е. частная корпоративная сеть, но Интернет в целом не может быть настроеным таким образом, и поэтому возникает большая разница в качестве VoIP звонков через частную сеть и через Интернет общего пользования.
Несмотря на рост Интернета, характеристики локальных вычислительных сетей (ЛВС) - компьютерные сети, которые не выходят за пределы нескольких километров, сохраняют отличие. Это происходит потому, что сети такого масштаба не требуют всех функций, связанных с более крупными сетями и остаются зачастую более рентабельным и эффективным без них. Будучи не связаными с Интернетом, они также имеют преимущества в конфиденциальности и безопасности. Тем не менее, целенаправленное отсутствие прямого подключения к Интернету не обеспечивает гарантированную защиту от хакеров, вооруженных сил или экономически мощных держав. Эти угрозы существуют, если есть какие-либо методы для удаленного подключения к локальной сети.
Глобальные вычислительные сети (WAN) являются частными компьютерными сетями, которые могут распространяться на тысячи километров. Опять же, некоторые из их преимуществ включают в себя конфиденциальность и безопасность. Первоначально локальные и глобальные сети предназначались для вооруженных сил и спецслужб, которые должны держать свои данные в безопасности и тайне.
В середине 1980-х годов появились несколько протоколов связи, чтобы заполнить пробелы между канальным и прикладным уровнями эталонной модели OSI. К ним относятся Appletalk, IPX и NetBIOS с установленным протоколом IPX, доминирующим в начале 1990-х, благодаря своей популярности среди пользователей MS-DOS. TCP / IP, существующий и на данный момент, как правило, использовался только в крупных государственных и научно-исследовательских учреждениях.
Поскольку популярность Интернета возросла и его трафик потребовалось направить в частные сети, TCP / IP протоколы заменили существующие технологии локальной сети. Дополнительные технологии, такие как DHCP, разрешающие компьютерам на основе IP /TCP самонастраиваться в сети. Такие функции осуществляются также в наборах протоколов AppleTalk / IPX / NetBIOS.
Режимы асинхронной передачи (ATM) или многопротокольной коммутации по меткам (MPLS) представляют собой типичные протоколы канального уровня для более крупных сетей, таких как WANs; Ethernet и Token Ring, являются типичными протоколами канального уровня для локальных сетей. Эти протоколы отличаются от прежних протоколов тем, что они являются более простыми, например, они опускают функции, такие как гарантированное качество обслуживания, а также устранение коллизий. Оба эти различия позволяют создавать более экономичные системы.
Несмотря на скромную популярность IBM Token Ring в 1980-х и 1990-х годах, практически все локальные сети в настоящее время используют проводное или беспроводное Ethernet-оборудование. На физическом уровне, большинство проводных Ethernet реализаций используют медные кабели витой пары (в том числе общих 10BASE-T сетей). Тем не менее, в некоторых ранних реализациях использовались более тяжелые коаксиальные кабели, а в недавних реализациях (особенно в высокоскоростных) использовалось оптоволокно. Когда используется оптоволокно, то следует различать многомодовые волокна от одномодовых волокон. Многомодовые волокна можно рассматривать как более толстое оптоволокно, более дешевое в произвдстве, но имеющий недостаток в виде более узкой полезной полосы частот и худшего затухания, а, следовательно, и худшие характеристики дальней связи.
Эффективный объём информации, вовлеченной в обмен по всему миру посредством двусторонних сетевых телекоммуникаций, возрос с 281 петабайт информации в 1986 году, до 471петабайт в 1993 году, с 2,2 эксабайт в 2000 году до 65 эксабайтов в 2007 году (с учетом оптимального сжатия). Это информационный эквивалент приблизительно соответствует двум страниц газет на человека в день в 1986 году и шесть целым газетам на человека в день к 2007 году. С учётом данного роста, телекоммуникации играют всё большую роль в развитии мировой экономики и сектор мировой телекоммуникационной индустрии составил в 2012 году около 4,7 трлн. долларов. Объем мирового рынка телекоммуникационных услуг составит $ 1,5 трлн в 2010 году, что соответствует 2,4% от валового внутреннего продукта в мире (ВВП).
Развитие электрических систем передачи информации началось с изобретения П.Л. Шиллингом в 1832 году телеграфной линии с использованием иголок. Медный провод использовался как линия связи. Такая линия обеспечивала скорость передачи информации - 3 бит/с (1/3 буквы). Первая телеграфная линия Морзе (1844 г) обеспечивала скорость 5 бит/с (0,5 буквы). В 1860 г. была изобретена печатающая телеграфная система. Она обеспечивала скорость - 10 бит/с (1 буква). Уже в 1874 г. система шестикратного телеграфного аппарата Бодо обеспечивала скорость передачи - 100 бит/с (10 букв). Первые телефонные линии были построены на основе изобретенного в 1876 году Беллом телефона. Они обеспечивали скорость передачи информации 1000 бит/с (1кбит/с - 100 букв).
Первая телефонная цепь использованная на практике была однопроводной с телефонными аппаратами, включенными на ее концах Громаков, Ю.А. Сотовые системы подвижной радиосвязи. Технологии электронных коммуникаций / Ю.А. Громаков. - М.: Эко-Трендз, 1994. С-132. . Такой способ требовал большого количества соединительных линий и самих телефонных аппаратов. Это устройство в последствии в 1878 году было заменили коммутатором, позволившим соединить несколько телефонных аппаратов через единое коммутационное поле. Первоначально используемые однопроводные цепи с заземленным проводом были заменены двухпроводными линиями передачи до 1900года. Несмотря на изобретение коммутатора, каждый абонент имел свою линию связи. Поэтому необходимо было придумать способ, позволяющий увеличить количество каналов без прокладки дополнительных тысяч километров проводов. Первая коммерческая система уплотнения была создана в США. Благодаря этому устройству в 1918 году между Балтимором и Питсбургом начала работать четырехканальная система с частотным разделением каналов. Большинство разработок было направлено на увеличение эффективности систем уплотнения воздушных линий и многопарных кабелей. Именно по этим двум средам передачи были организованы почти все телефонные цепи до второй мировой войны.
В 1920 году была изобретена шести-двенадцати канальная система передачи. Это увеличило скорость передачи информации в заданной полосе частот до 10 000бит/с, (10кбит/с - 1000 букв). Верхние граничные частоты воздушных и многопарных кабельных линий составляли соответственно 150 и 600 кГц. Потребности передачи больших объемов информации требовали создания широкополосных систем передачи.
В 30-40 годах ХХ века были введены в обращение коаксиальные кабели. В 1948 году между городами, находящимися на атлантическом и тихоокеанском побережьях США, была введена в эксплуатацию коаксиально-кабельная система L1. Эта система позволила увеличить полосу пропускания частот линейного тракта до 1,3 МГц, и это обеспечило передачу информации по 600 каналам.
После второй мировой войны начали проводить активные исследования по совершенствованию коаксиально-кабельных систем. Изначально коаксиальные цепи прокладывались отдельно, но позднее их объединили в несколько коаксиальных кабелей в общей защитной оболочке. Например, американская фирма Белл разработала в 60-е годы ХХ века межконтинентальную систему с шириной полосы 17,5 МГц (3600 каналов по коаксиальной цепи или "трубке").
В СССР, в то же время разрабатывалась система К-3600 на отечественном кабеле КМБ 8/6, имеющем 14 коаксиальных цепей в одной оболочке. Через какое-то время изобретают коаксиальную систему с шириной полосы пропускания 60 МГц. Это обеспечивало емкость 9000 каналов в каждой паре. В общей оболочке объединены 22 пары.
Коаксиальные кабельные системы большой емкости использовались для связи между двумя близко расположенными центрами с высокой плотностью населения. Однако стоимость строительства таких систем была высокой. Это происходило из-за малого расстояния между промежуточными усилителями и вследствие большой стоимости кабеля и его прокладки. По современным воззрениям, все электромагнитные излучения, в том числе радиоволны и видимый свет, имеют двойственную структуру и ведут себя то как волнообразный процесс в непрерывной среде то как поток частиц, получивших название фотонов, или квантов. Каждый квант обладает определенной энергией.
Ньютон впервые ввел понятие о свете как о потоке частиц.А. Эйнштейн на основе теории Планка возродил в новой форме в 1905 году корпускулярную теорию света, которую теперь принято называть квантовой теорией света. В 1917 году он теоретически предсказал явление вынужденного или индуцированного излучения. Благодаря этому впоследствии были созданы квантовые усилители. В 1951 году советские ученые В.А. Фабрикант, М.М. Вудынский и Ф.А. Бутаева получили патент на открытие принципа действия оптического усилителя. В 1953 году предложение о квантовом усилителе было сделано Вебером. В 1954 г.Н.Г. Басов и А.М. Прохоров предложили теоретически обоснованный проект молекулярного газового генератора. В 1954 году, независимо от них, Гордон, Цейгер и Таунс опубликовали сообщение о создании действующего квантового генератора на пучке молекул аммиака. В 1956 г. Бломберген установил возможность построения квантового усилителя на твердом парамагнитном веществе, а в 1957 году этот усилитель был собран Сковелем, Фехером и Зайделем. Построенные до 1960 г. квантовые генераторы и усилители получили название мазеров. Это название происходит от первых букв английских слов "Microwave amplification by stimulated emission of radiation", что означает "усиление микроволн с помощью вынужденного излучения".
Следующий этап развития связан с перенесением известных методов в оптический диапазон. В 1958 году Таунс и Шавлов теоретически обосновали возможность создания оптического квантового генератора (ОКГ) на твердом теле. В 1960 году Мейман построил первый импульсный ОКГ на твердом теле - рубине. В этом же году вопрос об ОКГ и квантовых усилителях независимо был проанализирован Н.Г. Басовым, О.Н. Крохиным и Ю.М. Поповым Измайлов, Ю.Д. Развитие российской государственной группировки спутников связи и вещания / Ю.Д. Измайлов // Технологии и средства связи. Спутниковая связь и вещание. - 2008. - С. - 54.
Первый газовый (гелий-неоновый) генератор был создан в 1961 году Джанаваном, Беннетом и Эрриотом. В 1962 г. был создан первый полупроводниковый ОКГ. Оптические квантовые генераторы (ОКГ) получили название лазеров. После создания первых мазеров и лазеров их стали использовать в системах связи.
Волоконная оптика появилась в начале 50-х годов как новое направление техники. В то же время стали делать тонкие двухслойные волокна из прозрачных материалов (стекло, кварц и др.). К этому времени было доказано, что если соответствующим образом выбрать оптические свойства внутренней и наружной частей такого волокна, то луч света, введенный во внутрь, будет только по нему и распространяться, отражаясь от оболочки. Даже если волокно изогнуть, луч по прежнему будет удерживаться внутри сердечника. Таким образом, световой луч, попадая в оптическое волокно, способен распространяться по любой криволинейной траектории. Этот процесс аналогичен, текущему по металлическому проводу, электрическому току. Поэтому двухслойное оптическое волокно часто называют светопроводом или световодом. Стеклянные или кварцевые волокна очень гибкие и тонкие, но не смотря на это прочны (прочнее стальных нитей того же диаметра). Световоды 50-х годов были недостаточно прозрачны, и при длине 5-10 м свет в них полностью поглощался.
В 1966 г. была предложена идея о возможности использования световодов для целей связи. Благодаря техническим разработкам в 1970 г. было добыто сверхчистое кварцевое волокно, способное пропустить световой луч на расстояние до 2 км. В этом же году началось стремительное развитие волоконно-оптической связи. Появились новые методы изготовления волокон; создаются миниатюрные лазеры, фотоприемники, оптические разъемные соединители и т.п.
К 1973-1974 гг. расстояние, проходимое лучом по оптоволокну, достигло 20 км, а к началу 80-х годов 200 км. В то же временя скорость передачи информации по ВОЛС возросла в несколько миллиардов бит/с. Выяснилось, что ВОЛС имеют целый ряд достоинств.
На световой сигнал не влияют внешние электромагнитные помехи. Сигнал невозможно подслушать или перехватить. Волоконные световоды имеют отличные технические и экономические показатели: применяемые материалы имеют малую удельную массу, не нуждаются в тяжелых металлических оболочках; просты при прокладке, монтаже, эксплуатации. Волоконные световоды, как и обычные электрические провода, можно закладывать в подземную кабельную канализацию, монтировать на высоковольтных ЛЭП или силовых сетях электропоездов, а также совмещать с любыми другими коммуникациями. В отличие от электрических цепей, характеристики ВОЛС не зависят от их длины, от включения или отключения дополнительных линий. В волоконных световодах не бывает искрение и замыкание, что открывает возможность использования их во взрывоопасных и подобных им производствах.
Важное значение в распространении ВОЛС имеет экономический фактор. В конце двадцатого века волоконные линии связи имели одинаковую стоимость с проводными линиями Фролов А.В., Фролов Г.В. Локальные сети персональных компьютеров. - М.: "Диалог-МИФИ"2002. С-45. Но со временем, учитывая дефицит меди, положение непременно изменится. Это убеждение основано на неограниченных сырьевых ресурсах кварца, который является основным материалом световода, тогда как основу проводных линий составляют такие металлы, как медь и свинец. В настоящее время оптические линии связи доминируют во всех телекоммуникационных системах, начиная от магистральных сетей до домовой распределительной сети. Благодаря развитию оптико-волоконных линий связи активно внедряются мультисервисные системы, которые дают возможность довести до конечного потребителя в одном кабеле телефонию, телевидение и Интернет.
Страница 32 из 32 История развития телекоммуникационных систем и компьютерных сетей
История развития телекоммуникационных систем и компьютерных сетей
Вычислительная и телекоммуникационная технологии
Компьютерная сеть (Вычислительная сеть) - это совокупность компьютеров, соединенных линиями связи. Линии связи образованы кабелями или проводами, p-каналами и оптическими коммуникационными устройствами. Все сетевое оборудование работает под управлением системного и прикладного программного обеспечения.
Сеть - network - взаимодействующая совокупность объектов, образуемых устройствами передачи и обработки данных.
Компьютерные сети, отнюдь не являются единственным видом сетей, созданным человеческой цивилизацией. Даже водопроводы Древнего Рима можно рассматривать как один из наиболее древних примеров сетей, покрывающих большие территории и обслуживающих многочисленных клиентов. Другой, менее экзотический пример - электрические сети. В них легко можно найти аналоги компонентов любой территориальной компьютерной сети: источникам информационных ресурсов соответствуют электростанции, магистралям - высоковольтные линии электропередач, сетям доступа - трансформаторные подстанции, клиентским терминалам - осветительные и бытовые электроприборы.
С одной стороны, сети представляют собой частный случай распределенных вычислительных систем, в которых группа компьютеров согласованно выполняет набор взаимосвязанных задач, обмениваясь данными в автоматическом режиме. С другой стороны, компьютерные сети могут рассматриваться как средство передачи информации на большие расстояния, для чего в них применяются методы кодирования и мультиплексирования данных, получившие развитие в различных телекоммуникационных системах
Рассмотрим основные этапы развития телекоммуникационных сетей.
В середине XX в. основными системами коммуникации (лат. communico - делаю общим) между людьми, занятыми в экономике, не считая привычные почтовые письма, были телеграф, телефон и радиосвязь . Телевидение находилось на этапе своего становления. Посредством телеграфных, телефонных сетей и радиосетей осуществлялась передача информационных потоков, но обработка переданной информации целиком возлагалась на человека.
Настоящим прорывом в науке, технике, экономике и социальной жизни стало изобретение компьютера. На первых этапах своего развития (до 70-х гг. XX в.) компьютерная техника использовалась исключительно для обработки информации, а сбор и передача информации осуществлялись с помощью телекоммуникационных систем и сетей, основой которых являлись вышеупомянутые телеграфные, телефонные сети и радиосети.
После создания компьютерных сетей, представляющих собой совокупность компьютеров и объединяющих их каналов связи, сбор, передача и обработка информации стали осуществляться с помощью компьютерной техники. Два эволюционных пути - развитие телекоммуникаций и вычислительной техники - привели их к закономерному соединению .
Телекоммуникационные системы и сети являются по сравнению с компьютерными сетями «старожилами», и первыми из них были телеграфные и телефонные сети.
Телеграф (греч. tele - далеко и grapho - пишу) был изобретен в середине XIX в. и предназначался для передачи сообщений на расстояние при помощи электрических сигналов, символов и букв. Самый заметный вклад в развитие телеграфа внесли такие ученые, как К. Штейнгейль, В. Сименс, С. Морзе, Ж. Бодо и др.
В 1838 г. в Мюнхене немецкий ученый К. Штейнгейль построил первую телеграфную линию длиною в 5000 м.
В 1843 г. шотландский физик А. Бэйн продемонстрировал и запатентовал собственную конструкцию электрического телеграфа, которая позволяла передавать изображения по проводам. Аппарат А. Бэйна считается первой примитивной факс-машиной.
В 1866 г. был проложен трансатлантический телеграфный кабель по дну океана между Америкой и Европой, а в 1870 г. фирма «Сименс» протянула индоевропейскую телеграфную линию длиною в 11 тыс. км.
В конце XIX в. в Европе было протянуто 2840 тыс. км подземного кабеля телеграфных линий, в США - свыше 4 млн км, в России протяженность телеграфных линий составляла 300 тыс. км. Общая протяженность телеграфных линий в мире в начале XX в. составила около 8 млн км.
К середине XX в. в Европе были созданы телеграфные сети, получившие название Telex (TELEgraph + EXchange). Несколько позже в США также была создана национальная сеть абонентского телеграфа, подобная Telex и получившая наименование TWX (Telegraph Wide area eXchapge).
Сети международного абонентского телеграфа* постоянно расширялись, и к 1970 г. сеть Telex объединяла абонентов более чем из 100 стран мира.
В наши дни возможность обмена сообщениями по сети Telex сохранена во многом благодаря электронной почте сети Интернет. На территории бывшего СССР телеграфная связь существует и поныне. Телеграфные сообщения передаются и принимаются при помощи специальных устройств - телеграфных модемов, сопряженных в узлах связи с персональными компьютерами операторов. Телеграфная связь используется в основном для передачи телеграфной корреспонденции, поступающей от государственных предприятий, учреждений и частных лиц, ведения документальных переговоров, передачи статистических данных и различной цифровой информации между предприятиями.
Тем не менее в некоторых странах национальные операторы сочли телеграф устаревшим видом связи и свернули все операции по отправке и доставке телеграмм. В Нидерландах телеграфная связь прекратила работу в 2004 г. В январе 2006 г. старейший американский национальный оператор Western Union объявил о полном прекращении обслуживания населения по отправке и доставке телеграфных сообщений. В то же время в Канаде, Бельгии, Германии, Швеции, Японии некоторые компании все еще поддерживают сервис по отправке и доставке традиционных телеграфных сообщений.
Исторически телефонные сети появились несколько позже телеграфных.
Первые слова были сказаны по телефону (греч. tele - далеко и phone - голос) 10 марта 1876 г. и принадлежали они шотландскому изобретателю, преподавателю школы глухонемых Александру Грэму Беллу: «Мистер Ватсон, зайдите, я хочу Вас видеть». Дальность действия этой телефонной линии внутри здания составляла 12 м. Следует отметить, что вначале телефон был недооценен специалистами телеграфной связи, воспринявшими телефон за «никому ненужную лабораторную игрушку*. Данная экспертная оценка являлась примером крупнейшей и грубейшей ошибки за всю историю телекоммуникационного бизнеса. Через несколько лет телефон и телефонные сети стали развиваться стремительными темпами.
В 1878 г. компанией Bell Telephone, организованной А.Г. Беллом в Нью-Хевене (штат Коннектикут, США), была построена первая в мире телефонная станция и выпущен первый телефонный справочник объемом в 21 страницу, а уже в следующем году эта же компания начала строительство телефонной сети объемом на 56 тыс. абонентов.
Первая в России междугородная телефонная сеть заработала в 1880 г. на Царскосельской железной дороге. Оценив преимущества нового вида связи, российские предприниматели стали обращаться с ходатайствами к правительству о выдаче разрешения на строительство телефонных линий.
Первые абоненты телефонных станций соединялись вручную и вызвать абонента можно было, назвав требуемый номер телефонистке. В 10-х гг. XX в. автоматические телефонные станции (АТС) постепенно стали вытеснять телефонисток, соединявших абонентов вручную. Появились телефопные аппараты с дисковым набором номеров. Первая АТС в СССР появилась только в 1924 г. в Кремле и обслуживала 200 абонентов. Городская московская АТС на 15 тыс. абонентов начала работать в 1930 г. К началу Второй мировой войны в СССР насчитывалось более 1 млн абонентов.
После Второй мировой войны развитие телефонных сетей получило новый импульс. В 1951 г. в США впервые АТС стали использоваться не только для соединения в пределах одного города, но на междугородних линиях. В СССР такая АТС впервые была введена в эксплуатацию в 1958 г. между Москвой и Ленинградом.
В 1956 г., спустя 90 лет после прокладки первой телеграфной кабельной линии через Атлантику, закончилась прокладка первой трансатлантической телефонной линии связи, соединившей Великобританию и США (через Канаду).
В 50-60-е гг. XX в. разрабатывались основные методы цифровой передачи сигнала, в том числе голоса, велись работы по созданию радио- и видеотелефонии, мобильной телефонной связи.
В 1978 г. в Бахрейне начала эксплуатацию коммерческая система сотовой телефонной связи, которая считается первой реальной системой сотовой связи в мире.
80-90-е гг. XX в. характеризовались интенсивным внедрением цифровых методов передачи голоса и соответствующих телефонных сетей, использованием спутниковой связи, мобильной сотовой связи, а также широчайшим использованием компьютеров для обеспечения функционирования телефонных сетей.
Работы в области радиосвязи начались с тех пор, когда немецкий ученый Г. Герц в 1888 г. открыл способ создания и обнаружения электромагнитных радиоволн. 25 апреля 1895 г.
русский ученый А.С. Попов сделал доклад, посвященный методу использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов, содержащих информацию. В марте 1896 г. ученый провел эксперимент, он передал радиограмму с двумя словами «Генрих Герц» на 250 м. Через несколько лет в Кронштадте, не подавая заявку на патент, он наладил выпуск принимающей и передающей аппаратуры. Предприимчивый итальянец Г. Маркони заинтересовался новым изобретением. В июле 1898 г. он подал патент в Англии, предъявив подобное устройство, чуть усложнив схемы А.С. Попова. Приоритет открытия радио остался в истории человечества за Г. Маркони.
В 1898 г. Г. Маркони организовал радиосвязь между Францией и Англией, а в 1901 г. ему удалось передать сигналы со станции в Англии на станцию в Ньюфаунленде, США. В начале своего становления радиосвязь использовалась для передачи телеграфных сообщений, не учитывая возможностей радио по передаче звука.
В 1915 г. был осуществлен исторический эксперимент, когда по радио успешно были переданы речевые сигналы из Арлингтона (штат Вирджиния) в Париж. Следует отметить, что Г. Маркони предпочел, чтобы краеугольным камнем его беспроволочного телеграфа оставалась азбука Морзе, так как для беспроволочной передачи речи он не видел никакого полезного применения.
В 1920 г. американский радиолюбитель Конрад сконструировал радиостанцию для работы в режиме «телефон» и впервые в мире начал вести вещательные передачи.
В первой половине XX в, после разработки учеными и инженерами более совершенной усилительной аппаратуры, антенных устройств, а также методов передачи и приема радиосигналов радиосвязь стала стремительно развиваться.
Вторая половина XX в. характеризовалась совершенствованием радиоаппаратуры, разработкой цифровых методов радиосвязи, а также использованием спутниковых систем радиосвязи.
Что касается телевидения («радио с изображением»), то идеи создания электрической системы для передачи подвижного изображения на расстояние высказывались еще в 70-е гг.
XIX в. Основывались эти идеи на чисто теоретических выводах, так как возможности физических экспериментов в ту пору были ничтожны. Однако в середине 20-х гг. XX в. промышленно-техническая база развилась настолько, что впервые появилась возможность практической реализации теоретических принципов телевидения.
Идеям и экспериментам по передаче на расстояние подвижного изображения предшествовали идеи и эксперименты по передаче изображения неподвижного.
В 20-е гг. XX в. развитие электронного телевидения проходило в борьбе с противодействием сторонников механического телевидения (с использованием вращающихся механизмов для получения развертки на экране), пессимистически оценивавших перспективы электронных систем из-за больших технических трудностей, связанных с их созданием. Но идея электронного телевидения как самая прогрессивная оказалась наиболее жизненной.
Отцом современного электронного телевидения стал В.К. Зворыкин, эмигрировавший после гражданской войны в США. В 1931 г. он изобрел электронно-лучевую трубку, которую назвал иконоскопом. Изобретение иконоскопа явилось поворотным пунктом в истории телевидения, определившим направление его дальнейшего развития; он обеспечивал телевизионные передачи с большим числом строк.
Первые передачи телевизионных изображений по радиоканалу в СССР были произведены в апреле-мае 1931 г. Они были осуществлены, однако, с разложением изображения на строки по механической системе, т.е. развертка изображения на элементы проводилась с помощью вращающегося диска.
Исследования в области передающих и приемных электронно-лучевых трубок, схем развертывающих устройств, усилителей, телевизионных передатчиков и приемников, достижения в области радиоэлектроники подготовили переход к электронным системам телевидения.
В СССР летом 1938 г. первым заработал опытный Ленинградский телецентр, а в Москве, на Шаболовке, было построено специальное здание; телевизионное оборудование и передатчик заказаны в США, там же прошли стажировку ведущие специалисты. В итоге в стране появился первый Московский телецентр, принятый в постоянную эксплуатацию в декабре 1938 г.
В 1953 г. в США началось регулярное цветное телевизионное вещание, но из-за большой стоимости цветных телевизоров оно стало массовым только через 12-15 лет (первые.10 млн телевизоров были проданы к 1966 г.). В СССР регулярное вещание в цвете началось только в 1967 г., передачи Центрального телевидения стали цветными в 1977 г., а цветное оборудование получило периферийные телецентры в 1987 г.
В начале 90-х гг. XX в. были начаты исследования по передаче цифрового сигнала по эфирным каналам связи. Эта технология за короткий срок получила признание. В настоящее время ее используют более 300 компаний - производителей телевизионной электроники.
Наряду с эфирным телевидением в мире велись работы по созданию систем кабельного телевидения . Первая система кабельного телевидения в США была построена в 1952 г. в г. Лансфорде для приема передач от ближайшего телецентра в г. Филадельфии. Причиной возникновения кабельного телевидения в США в 1948 г. стала приостановка выдачи лицензий на новые телевизионные передающие станции почти на четыре года. Однако благодаря высокому качеству и помехозащищенности кабельное телевидение стало основным видом телевидения в крупных городах.
В 1960 - 1970-е гг. в СССР в соответствии с концепциями развития телевизионного вещания была создана огромная, практически тотальная система коллективного приема телевидения - почти 80 % телезрителей в городах получали телевидение по коаксиальному кабелю.
В последние годы кабельное телевидение стало одним из наиболее динамично развивающихся направлений телекоммуникационных сетей. Преимуществом телевизионных кабельных сетей является, что что они могут использоваться также для доступа к глобальной сети Интернет или передачи информации с приборов учета энергии и воды.
Рассмотренные выше радио- и телевизионные системы с использованием радиоканалов для передачи данных являются основными элементами беспроводных телекоммуникационных систем, включающих спутниковые системы и системы мобильной сотовой связи.
История развития компьютерных сетей
Компьютерные сети являются логическим результатом эволюции развития компьютерных технологий. Постоянно возрастающие потребности пользователей в вычислительных ресурсах обусловили попытки специалистов компьютерных технологий объединить в единую систему отдельные компьютеры.
Обратимся сначала к компьютерному корню вычислительных сетей. Первые компьютеры 50-х годов - большие, громоздкие и дорогие - предназначались для очень небольшого числа избранных пользователей. Часто эти монстры занимали целые здания. Такие компьютеры не были предназначены для интерактивной работы пользователя, а использовались в режиме пакетной обработки.
Системы пакетной обработки, как правило, строились на базе мэйнфрейма - мощного и надежного компьютера универсального назначения. Пользователи подготавливали перфокарты, содержащие данные и команды программ, и передавали их в вычислительный центр (рис.).
Операторы вводили эти карты в компьютер, а распечатанные результаты пользователи получали обычно только на следующий день. Таким образом, одна неверно набитая карта означала как минимум суточную задержку. Конечно, для пользователей интерактивный режим работы, при котором можно с терминала оперативно руководить процессом обработки своих данных, был бы удобней. Но интересами пользователей на первых этапах развития вычислительных систем в значительной степени пренебрегали. Во главу угла ставилась эффективность работы самого дорогого устройства вычислительной машины - процессора, даже в ущерб эффективности работы использующих его специалистов.
В начале 60-х гг. XX в. стали развиваться интерактивные (с вмешательством пользователя в вычислительный процесс) многотерминальные системы разделения времени. В таких системах мощный центральный компьютер (мэйнфрейм) отдавался в распоряжение нескольких пользователей. Каждый пользователь получал в свое распоряжение терминал (монитор с клавиатурой без системного блока), с помощью которого он мог вести диалог с компьютером. Компьютер по очереди обрабатывал программы и данные, поступающие с каждого терминала. Поскольку время реакции компьютера на запрос каждого терминала было достаточно мало, то пользователи практически не замечали параллельную работу нескольких терминалов и у них создавалась иллюзия монопольного пользования компьютером. Терминалы, как правило, рассредоточивались по всему предприятию, и функции ввода-вывода информации были распределенными, но обработка информации проводилась только центральным компьютером.
Такие многотерминальные централизованные системы внешне напоминали локальные вычислительные сети, до создания которых в действительности нужно было пройти еще большой путь. Сдерживающим фактором для развития компьютерных сетей был прежде всего экономический фактор. Из-за высокой в то время стоимости предприятия не могли приобрести сразу несколько компьютеров, а значит и объединить в вычислительную сеть было нечего.
Первые сети - глобальные
Развитие компьютерных сетей началось с решения более простой задачи - доступа к компьютеру с терминалов, удаленных от него на многие сотни, а то и тысячи километров. Терминалы в этом случае соединялись с компьютером через телефонные сети с помощью специальных устройств - модемов. Следующим этапом в развитии компьютерных сетей стали соединения через модем не только «терминал-компьютер», но и «компьютер-компьютер». Компьютеры получили возможность обмениваться данными в автоматическом режиме, что является базовым механизмом любой компьютерной сети. Тогда впервые появились в сети возможности обмена файлами, синхронизации баз данных, использования электронной почты, т.е. службы, являющиеся в настоящее время традиционными сетевыми сервисами. Такие компьютерные сети получили название глобальных компьютерных сетей.
Глобальные сети ( Wide Area Networks , WAN ) – сети объединяющие территориально рассредоточенные компьютеры, возможно находящиеся в различных городах и странах.
Именно при построении глобальных сетей были впервые предложены и отработаны многие основные идеи, лежащие в основе современных вычислительных сетей. Такие, например, как многоуровневое построение коммуникационных протоколов, концепции коммутации и маршрутизации пакетов.
Глобальные компьютерные сети очень многое унаследовали от других, гораздо более старых и распространенных глобальных сетей - телефонных. Главное технологическое новшество, которое привнесли с собой первые глобальные компьютерные сети, состояло в отказе от принципа коммутации каналов, на протяжении многих десятков лет успешно использовавшегося в телефонных сетях.
Выделяемый на все время сеанса связи составной телефонный канал, передающий информацию с постоянной скоростью, не мог эффективно использоваться пульсирующим трафиком компьютерных данных, у которого периоды интенсивного обмена чередуются с продолжительными паузами. Натурные эксперименты и математическое моделирование показали, что пульсирующий и в значительной степени не чувствительный к задержкам компьютерный трафик гораздо эффективней передается сетями, работающими по принципу коммутации пакетов, когда данные разделяются на небольшие порции - пакеты, - которые самостоятельно перемещаются по сети благодаря наличию адреса конечного узла в заголовке пакета.
Так как прокладка высококачественных линий связи на большие расстояния обходится очень дорого, то в первых глобальных сетях часто использовались уже существующие каналы связи, изначально предназначенные совсем для других целей. Например, в течение многих лет глобальные сети строились на основе телефонных каналов тональной частоты, способных в каждый момент времени вести передачу только одного разговора в аналоговой форме. Поскольку скорость передачи дискретных компьютерных данных по таким каналам была очень низкой (десятки килобит в секунду), набор предоставляемых услуг в глобальных сетях такого типа обычно ограничивался передачей файлов, преимущественно в фоновом режиме, и электронной почтой. Помимо низкой скорости такие каналы имеют и другой недостаток - они вносят значительные искажения в передаваемые сигналы. Поэтому протоколы глобальных сетей, построенных с использованием каналов связи низкого качества, отличаются сложными процедурами контроля и восстановления данных.
Исторически первые компьютерные сети были созданы агентством по защите прогрессивных исследовательских проектов DARPA по заданию военного ведомства США. В 1964 г. были разработаны концепция и архитектура первой в мире компьютерной сети ARPAnet(от англ. Advanced Research Projects Agency Network), в 1967 г. впервые было введено понятие «протокол компьютерной сети». В сентябре 1969 г. произошла передача первого компьютерного сообщения между компьютерными узлами Калифорнийского и Стенфордского университетов. В 1977 г. сеть ARPANET насчитывала 111 узлов, в 1983 - 4 тыс. Сеть объединяла компьютеры разных типов, работавших под управлением различных операционных систем с дополнительными модулями, реализовавшими коммуникационные протоколы, общие для всех компьютеров сети. Такие операционные системы считаются первыми сетевыми операционными системами. Сеть ARPANET прекратила свое существование в 1989 г.
Прогресс глобальных компьютерных сетей во многом определялся прогрессом телефонных сетей.
С конца 60-х годов в телефонных сетях все чаще стала применяться передача голоса в цифровой форме.
Это привело к появлению высокоскоростных цифровых каналов, соединяющих автоматические телефонные станции (АТС) и позволяющих одновременно передавать десятки и сотни разговоров. Была разработана специальная технология для создания так называемых первичных, или опорных, сетей. Такие сети не предоставляют услуг конечным пользователям, они являются фундаментом, на котором строятся скоростные цифровые каналы «точка-точка», соединяющие оборудование других, так называемых наложенных сетей, которые уже работают на конечного пользователя.
Сначала технология первичных сетей была исключительно внутренней технологией телефонных компаний. Однако со временем эти компании стали сдавать часть своих цифровых каналов, образованных в первичных сетях, в аренду предприятиям, которые использовали их для создания собственных телефонных и глобальных компьютерных сетей. Сегодня первичные сети обеспечивают скорости передачи данных до сотен гигабит (а в некоторых случаях до нескольких терабит) в секунду и густо покрывают территории всех развитых стран.
К концу 1970-х годов сеть APRAnet насчитывала уже около 200 оконечных систем. Через 10 лет число хостов в Интернете, уже объединявшем множество других компьютерных сетей, достигло 100 тысяч. Таким образом, 1980-е годы характеризуются стремительным распространением созданных ранее сетевых технологий.
В начале 80-х происходило активное объединение локальных сетей университетов в крупные региональные сети. Примерами могут служить сеть B1TNET, обеспечивавшая обмен файлами и электронной почтой между университетами на северо-западе США, CSNET, объединившая исследователей в области сетевых технологий независимо от APRAnet, и др. В 1986 году была разработана сеть NSFNET, позволившая получить доступ к вычислительным ресурсам суперкомпьютеров. Начальная скорость магистрали, составившая 56 Кбит/с, к концу десятилетия выросла до 1,5 Мбит/с. Магистраль NSFNET позволила объединить между собой региональные компьютерные сети США.
В 1980-е годы APRAnet уже содержала многие из компонентов, которые составляют основу современного Интернета. 1 января 1983 года стандартный протокол NCP, предназначенный для обмена данными между хостами, был заменен стеком протоколов TCP/IP (RFC 801). С этого времени стек TCP/IP используется всеми хостами Интернета. В конце 80-х в протокол TCP были внесены значительные усовершенствования, направленные на обеспечение оконечными системами контроля переполнения. Кроме того, была разработана система доменных имен (Domain Name System, DNS), связавшая мнемонические имена Интернет-ресурсов с их 32-разрядными адресами (RFC 1034).
Параллельно с развитием APRAnet в США во Франции в начале 1980-х годов возник проект Minitel, имевший поддержку со стороны правительства Франции и поставивший перед собой амбициозную цель - связать все сети в единую компьютерную сеть. Система, разработанная Minitel, представляла собой открытую компьютерную сеть с коммутацией пакетов (протокол Х.25 с поддержкой виртуального канала), состоявшую из Minitel-серверов и недорогих пользовательских терминалов со встроенными низкоскоростными модемами. Большой успех пришел к проекту Minitel после того, как французское правительство объявило о раздаче бесплатных терминалов всем желающим для домашнего пользования. Сеть Minitel содержала как бесплатные, так и платные информационные ресурсы. В зените своей популярности в середине прошлого десятилетия Minitel поддерживала более чем 20 000 видов обслуживания - от удаленных банковских операций до организации доступа к специализированным исследовательским базам данных.
