Az adattovábbítás módszerei
Ez a cikk az
adattovábbításról fog szólni - névleg. Gyakorlatilag ez a cikk is, mit az eddigi
összes, az emberi találékonyságról, és az ennek köszönhető fejlődésről szól
majd.
Röviden összefoglalnám az üzenetküldés régebbi módszereit: A szóbeli vagy írott
üzenetet vivő futárt, a füstjelekkel beszélgető indiánokat, a kopogtatással
üzengető rabokat, a fényjeleket a világítótornyoktól a jelzőtüzeken át az
ablakba tett gyertyáig. Ezek közül kiemelkedik jelentőségében és
életképességével a levél. Az ókortól napjainkig használatos adatátviteli eszköz,
ráadásul hosszú ideig megőrzi az információt, így azt nem csak a téren, hanem az
időn is átjuttatja. Aki a régi korokat kutatja, aranybányát lel egy levéltárban.
A levél legnagyobb hátránya, hogy lassú. Ennek a lassúságnak legfőbb oka, hogy
az információ az őt hordozó anyaghoz kötött, tehát a papírnak is el kell jutnia
a címzetthez, ami hosszú utazással jár. Forradalmi újítás volt a telefon
felfedezése. Száz, sőt ezer kilométerekre levő emberek között lehetett
információt átadni, méghozzá nem csak egy irányban, hanem interaktívan, tehát
úgy lehetett beszélgetni, mintha találkoztak volna.
Hogyan működik a telefon, és mi ebben az esetben az információ hordozója?
Az első telefonok egy mikrofon, egy áramforrás, és egy hangszóró
rézvezetékkel való összekapcsolásából születtek. A mikrofon az áram
erősségét a hang rezgéseinek megfelelően változtatta, a változó erősségű áram a
vezetéken terjedt a hangszóróig, amelyik az áram változásainak megfelelő hangot
előállította. Bell így álmodta meg annakidején.
Itt feltétlenül kell egy kis kitérőt tennünk, mert egy óriási jelentőségű magyar
találmány kapcsolódik ehhez. A telefont ugyanis eredetileg mindenkitől
mindenkiig külön-külön kábellel szerelték. Tessék elképzelni, hogy mennyi munka
és anyag kellene csak egy 5000 lélekszámú falu bekábelezéséhez. Puskás Tivadar
fejében született meg a telefonközpont ötlete. A lényeg az, hogy nem kell
mindenkit mindenkivel összekötni, hanem mindenkit csak a telefonközponttal
(1878) kell összekötni, és a központban kell összeköttetést teremteni a hívó és
a hívott fél között. A lényeg ma is ez, de ma már nem telefonos kisasszonyok
dolgoznak, hanem számítógép vezérlésű automata központok.
A rézvezetéket persze nem csak beszélgetésekre használták. Nagy találmány volt
például a telex. Fiatalabb olvasóimnak leírom: két elektromos írógép volt
telefonvonallal összekötve. Amit valaki az egyiken gépelt, azt a másik gép is
leütötte. Aztán megjelentek a faxok, képtávírók, majd a számítógépeket
telefonvonalon összekötő modemek. Az átviteli sebesség pedig a telex 20
betű/másodperces sebességéről a modemek 56 kbit/s-os sebességéig terjedtek.

Bár nem telefon, de rézkábel a koaxiális kábel is. A TV-k nagy részébe ilyen
kábel van bedugva. Ezekkel sokkal nagyobb átviteli sebesség érhető el, mint a
telefonokkal. Ugyancsak rézvezeték van a csavart érpárakban is, amelyek a
hálózatépítés még ma is gyakran használt eszközei LAN-okon, vagyis kis
távolságokon. Segítségükkel akár Gbit/s-os gyorsaság is elérhető
Bár a rádiózás is elég hamar elterjedt, a vezetékes telefon még ma is behálózza
a világot. Hogy lehet a több milliárd előfizetőt kiszolgálni? Nos, ezt
gyakorlatilag nem lehetne az eredeti átvitellel megoldani (ezen azt értem, hogy
minden beszélgetésre lefoglalni egy vonalat). Ki kellett találni, hogyan lehet
egy vezetéken több beszélgetést átvinni egyszerre. Ezt multiplexálásnak hívják.
Többféle módja van, az egyik: lehet vivőfrekvenciákat használni, így annyian
beszélhetnek egyszerre, ahány frekvenciát használnak. Kicsit hasonlít a rádiós
műsorszóráshoz. Amikor a rádión kiválasztunk egy adót, tulajdonképpen
frekvenciát választunk. A multiplexálásnál minden beszélgető pár kap egy
frekvenciát, amik így nem zavarják egymást, és a sok beszélgetés egyidőben
zajlik ugyanazon a vezetéken. A másik módszer: az információt csomagokra
bontani, és a csomagokat egymás után küldözgetni, ezzel kihasználva a teljes
időt az átvitelre. Itt meg az volt az alapgondolat, hogy egy átlagos
beszélgetésnek a nagy része szünet. A csomagkapcsolt adatátvitel a teljes időt
kihasználja azzal, hogy egyszerre több beszélgetés csomagjait küldözgeti.
A rézdrót jó átviteli közeg, de vannak hátrányai.
-
Első, és legnagyobb ellensége
a víz. Én láttam beázott rézkábelt javítani. Dupla műanyag szigetelése
volt a vezetéknek. Azon volt egy hőre zsugorodó másik műanyag köpeny,
azt ólom burkolattal vonták be. Nem tudtam elképzelni, hogy ennek baja
eshet, és a következő évben újra beázott! (Ilyenkor gondol bele az
ember, hogy a természet erőit még messze nem győzte le az emberiség.)
-
A második az elektromos
zavarok hatása.
-
A harmadik, hogy a terepen
sokszor nehezen telepíthetők. Például hogyan vigyük át a Tiszán? Víz
alatt?, Légvezetéken? Kerüljünk vele a legközelebbi hídig? Egyik
költségesebb, mint a másik!
-
A negyedik, hogy a
vezetékeket a munkagépek rendszeresen elszaggatják. A helyreállítás
költségei verdesik a milliós nagyságrendet a legegyszerűbb esetben is,
és persze a hibát mindenki a másikra akarja hárítani, a munkagép
tulajdonosa a vezeték jelzését mondja tévesnek a térképen, a kábel
tulajdonosa pedig a gép vezetőjét hibáztatja.
Ha az előbb említettem a rádióhullámokat, akkor azzal is
folytatom. A rádióhullám kibocsátásához csak egy antenna kell, és a Tisza nem
akadály. Nos, itt külön kell választani a műsorszórást és az adatátvitelt. A
műsorszórás történetileg a középhullámon kezdődött, amivel több száz km sugarú
területet lehetett besugározni. A rövidhullám volt a rádió amatőrök tartománya.
Ezek a megszállott emberek azon versenyeztek, hogy ki tud messzebbről adást
venni a Földön. A rövidhullám a légkör egy magas rétegéről visszaverődik, így
képes akár az egész Földön körbemenni!

Ha viszont komoly adatátvitelt akarunk, akkor a rádióhullámokat irányítva kell
kisugároznunk, hogy az átvite1 kevés energiával hatékonyan valósuljon meg. Minél
nagyobb a rádióhullámok frekvenciája, annál jobban irányíthatók, de annál
könnyebben nyelődnek el (pl. ködben). Az optimális rádióhullám az adatátvitelre
a mikrohullám, ami 300 MHz, és 300 GHz közötti frekvenciát jelent.
Ezzel működik egyébként a mikrosütő, a GSM telefon, a WLAN protokollok, mint a
Bluetooth is. Egy jó parabola antennával irányíthatóan lehet vele adni és venni.
A hatótávolság 50 m-től 200 km-ig terjedhet, az átviteli sebesség akár 600
Mbit/s is lehet, és nincs kábelszakadás és beázás. Legfőbb hátrányai a
következők:
-
Ködben, esőben nagy a
veszteség, elnyelődik. Természetesen ez tervezhető, nagy teljesítménynél
ez nem akadály, és 6GHz alatti frekvenciákon nem jelentős.
-
Csak egyenes vonalban terjed,
ezért, ha egy tereptárgy belóg, zavarja az átvitelt.
-
Az épületek mozgása miatt az
irányított sugár célt téveszt.

Egy mondat erejéig szólok az infravörös átvitelről is. A TV
távirányítók használják, tulajdonképpen hősugarakkal kommunikálnak. Előnye és
hátránya is az, hogy szilárd testeken nem hatol át, így az egyik szobában lévő
rendszer nem zavarja a másikat, de csak nagyon korlátozottan használható.
Az adatátvitel nagy ígérete az optikai kábel. A gondolat 1966-ban
született, hogy az adatokat fényimpulzusokkal szállítsák üvegkábelek
segítségével. Az elvi alap az, hogy ha az üveget kisebb törésmutatójú közeg
veszi körül, és a kábel nincs nagyon meghajlítva, akkor a fény a kábel szélére
érve teljes visszaverődést szenved, vagyis teljes egészében az üvegben marad.
Természetesen itt csak digitális átvitelről lehet szó, van fény = 1, nincs fény
= 0. Gyors, érzéketlen a zavarokra, nagy távolságok hidalhatók át.

Hogy lássák, hogy az elmélet és a gyakorlat között mi a különbség, leírok egy
példát. Elméletben olyan kicsi veszteségű az optikai kábel, hogy akár 1000 km-ek
is áthidalhatók lennének vele. Gyakorlatban 100 km-enként kell egy berendezés,
ami a kapott jelet újra kisugározza. Az ok, hogy a fény egy része a vezeték
közepén halad, és alig verődik vissza, a másik része a kábel szélein indul, és
gyakran visszaverődik, emiatt hosszabb utat tesz meg, és így késik a középen
haladóhoz
képest. 100 km
után ez a késés már akkora, hogy belevilágít az utána jövő sötét bitbe, vagyis
így az információ „elkenődik, összefolyik”. Az ilyen problémáknak köszönhető,
hogy az optikai szálak alkalmazása csak a 90-es években terjedt el, majdnem 30
évvel az ötlet után.
Nézzük az átvitel lényegét. Az információt digitalizálni kell, vagyis 0, 1
jelekké alakítani. Ezeket a jeleket LED, vagy lézer alakítja fényjelekké,
amelyek aztán az üvegszálon terjednek, végül egy fotodióda a fényimpulzusokból
elektromos jeleket készít, amelyek aztán a szokásos módokon felhasználhatók.
Egyébként már erre a technikára is kitalálták a multiplexálást (egy vezetéken
egyidőben több jelfolyam), amit úgy oldanak meg, hogy több különböző színű
fénnyel küldik az információt. A mai legjobb kábeleken egyszerre 160
különböző fénysugár halad, és az adatátvitel gyorsasága eléri a 400 Gbit/s-ot.
Kicsit ront a képen, hogy azok az eszközök, amelyek a fényt újra elektromos
jelekké alakítják, ma még lassúak, ezért hiába érkezik az információ gyorsan a
kábel végéhez, a számítógép sokkal lassúbb kapcsolatot érzékel.
Előnyök:
-
A nagy vezetékhosszak gyors
és rugalmas kiépítést tesznek lehetővé.
-
Nem tartalmaz fémet, ezért
érzéketlen az elektromos zavarokra, erőművekben, kisülések, nagy
teljesítményű adók közelében is alkalmazható.
-
Nincs korrózió,
villámvédelem.
-
Nem lehallgatható.
-
Érdekes módon az optikai
vezetékek szakítószilárdsága igen nagy, az acéléval vetekszik.
Hátrányai alig vannak.
Azt
hiszem, az összes adatátviteli közeget érintettem.
Csak az érdekesség kedvéért megjegyzem, ha egyszer Guiness rekordra törekednék
az adatátvitel terén, egyetlen fenti megoldást sem alkalmaznám.. Teleraknék egy
kamiont Blu-ray-ekkel, vagy terrabájtos winchesterekkel, és átfuvaroznám a
rakományt a célba.
Válasszon a következő webes olvasók közül: