Информация и коммуникации

Информация – это величина, не выражаемая через другие физические величины. Информация является внутренним свойством, т.е. любая система содержит информацию о самой себе. Особое свойство информации – возможность ее копирования без разрушения. Математически информация определяется как мера упорядоченности множества из различных объектов.

Если объект может принимать любое из определенного числа состояние, выявление его текущего состояния эквивалентно получению некоторой информации о нем. Чем больше состояний может принимать объект, тем больше информации несет его текущее состояние. В меру информации была заложена идея отвлечения от содержания, смысла и полезности. Мету информации формально можно характеризовать как меру снижения неопределенности (энтропии) некоторого состояния системы вследствие того, что становятся известными исходы другого состояния. Мера информации I, ассоциирующая с системой N возможных состояний, есть по любому основанию. Если логарифм имеет основание 2, то информация получается в битах. Если объект может принимать одно из двух равновероятных состояний, то его информационное состояние равно бит. Если логарифм вычисляется по основанию e, то получаемая единица информации называется 1 нит, а по основанию 10 – 1 дит. Но наиболее распространен логарифм по основанию 2. В соответствии с данным определением аналоговая переменная, которая в заданном диапазоне имеет бесконечное множество значений, будет иметь и бесконечное информационное содержание.

Цифровая техника использует только дискретные величины, поэтому допускается соответствующая потеря информационного содержания при цифровом преобразовании аналогового сигнала. При оцифровке диапазона напряжения от 0 до 10 В аппроксимация в 0, 1 В даст 100 отсчетов, а это значит, что для описания 100 результирующих состояний достаточно 7 бит . Применение для измерения информации удобно тем, что если число возможных состояний для каждого символа равно u, то число комбинаций для каждого символа равно uⁿ. В цифровой технике u = 2. Если информационное содержание каждого символа равно I, то n символов должны дать общее информационное содержание In.

Важным следствием логарифмического характера меры информации является то, что она всегда положительна.

Коммуникации – это процесс перемещения информации в пространстве. Передача информации рассматривается как средство достижения определенных результатов.

Модель процесса коммуникации (физическая модель связи)

Общую модель процесса коммуникации можно представить рис. 27.

Рис. 27. Общая модель процесса коммуникации

Передатчик передает сообщение из последовательности импульсов приемнику по каналу связи или носителю, который является общим для передатчика и приемника. Сообщение относится к какому-либо внешнему объекту. Общее количество передаваемой информации – это сумма информационных состояний каждого из символов, составляющих сообщение, так как каждый символ несет разное количество информации. Для передачи сообщения применяется какой-либо код, согласно которому передатчик изменяет некоторые физические свойства канала, а приемник восстанавливает сообщение по изменениям, обнаруженным в канале. На канал влияет шум, искажающий сообщение.

В САУ некоторый объект А передает информацию объекту Б или имеет целью вынудить объект Б совершить какое-либо действие. Расстояние, на которое осуществляется передача информации, существенного значения не имеет при условии, что задержка передачи информации меньше или того же порядка, что и постоянные времени технологического процесса. Реальной проблемой систем связи в промышленном управлении является пропускная способность канала, т.е. количество информации, передаваемой в единицу времени. Но в локальных сетях длина физического соединения косвенно влияет на пропускную способность канала.

Модель взаимодействия открытых систем (МВОС)

В первых опытах передачи цифровых данных по телефонным линиям основное внимание уделялось нижнему звену системы передачи – физической линии связи. Современные технологии связи располагают дешевыми средствами для передачи больших объемов данных, поэтому основное внимание уделяется прикладным вопросам: базам данных, управлению процессами, автоматизированному производству. Специалистам, решающим эти вопросы, нет необходимости концентрировать внимание на деталях системы передачи данных, но на всех ее уровнях должна обеспечиваться стыковка между различными частями системы, начиная с уровня битов, заканчивая уровнем данных и функций, которые они представляют. Для преодоления трудностей из-за большого количества несовместимых стандартов международная организация по стандартизации ISO в 1978 г. разработала эталонную модель взаимодействия открытых систем. Эталонная модель взаимодействия открытых систем – это стандарт, являющийся базой для разработки новых стандартов.

Эталонная модель взаимодействия открытых систем предлагает структуру для идентификации и разграничения различных составляющих коммуникационного процесса. Она описывает коммуникационные процессы в абстрактных понятиях. Модель не определяет уровни напряжений, скорости передачи данных или протоколы. Она декларирует, что уровни напряжений, скорости передачи данных, протоколы и другие параметры должны быть совместимы. Практической целью эталонной МВОС является обеспечение совместимости и взаимозаменяемости. Совместимость значит, что обмен данными не потребует непропорциональных расходов на их преобразование. Взаимозаменяемость значит, что устройства различных производителей для выполнения одной функции могут заменять друг друга без особых проблем.

Основой стандартизации взаимодействия открытых систем является многоуровневый подход к разработке средств сетевого взаимодействия.

Формализованные правила, определяющие последовательность и формат сообщений, которыми обмениваются компоненты сети, лежащие на одном уровне, но в разных узлах, называются протоколами.

Формализованные правила, определяющие взаимодействие сетевых компонентов соседних уровней одного узла, называются интерфейсом.

Иерархически организованный набор протоколов, достаточный для организации взаимодействия узлов сети, называется стеком коммуникационных протоколов.

Функциональные уровни модели взаимодействуют по строго иерархической структуре, т.е. каждый уровень пользуется услугами нижнего уровня и обслуживает уровень, расположенный выше.

Создание сетей согласно эталонной модели открывает возможности создания сетей из оборудования различных классов и типов.