====== Zadání ======

Technologie sítí: Technologie bezdrátových sítí, frekvence, modulace, rozprostření spektra, buněčná a další organizace. Protokoly přístupu k médiu. Optické sítě, principy, protokoly a komponenty.

====== Vypracování ======

===== Technologie bezdrátových sítí =====

U bezdrátových sítí se využívá šíření elektromagnetických vln (radiové vlny, infračervené světlo, ...) prostorem bez potřeby média. Kódování digitálního signálu do analogového se děje pomocí modulace. Digitální modulace mění vlastnosti signálu - nosné frekvence: fázi, frekvenci, aplitudu, QAM (amplituda a fáze).

Rozprostření spektra (spread spectrum) je metoda na potlačení úzkopáskového rušivého signálu, má využití například u kódového multiplexingu. Existují dvě techniky pro rozprostření spektra:
  * DS (direct sequence spread spectrum) - signál se násobí nezávislým širokopásmovým stacionárním náhodným signálem. Výsledkem je širokopásmový signál, takže z úzkopáskového rušivého signálu se stane širokopásmový.
  * FH (frequency-hopping spread spectrum) - přijímač náhodně mění kmitočet místního oscilátoru, jímž se převádí kmitočet přijímaného signálu na mezifrekvenční kmitočet. Spektrum rušivého signálu se tak náhodně posouvá a stává se z něj širokopásmový signál.

Bezdrátové sítě můžou být organizovány následovně:
  * centralizované sítě - např. WiFi s access pointem
  * ad-hoc sítě - například síť náhodně propojených notebooků
    * bluetooth pico-síť (piconet, topologie star)
    * senzorové sítě (multi-hop síť)
  * buňkové sítě - prostorový multiplexing. Síť má víc základní buňek, které jsou propojeny kabelami. Stanice komunikují se základnami bezdrátově jako s jednou sítí.
  * satelitní sítě

===== Protokoly přístupu k médiu =====

Protokoly přístupu k médiu je možné kategorizovat na:
  * neřízené - CSMA (carrier sense multiple-access, stanice musí před vysíláním počkat na klid v médiu. Po zjištění stavu se volí strategie naléhání:
    * CSMA/CD (CSMA with collision detection) - postkolizní procedura
    * CSMA/CA (CSMA with collision avoidance) - předcházení kolizí
  * řízené:
    * rezervace - stanice si rezervuje časový díl buďto nastavením příznaku v rezervačním rámci nebo výměnou příkazů/odpovědí RTS/CTS (request to send/clear to send).
    * vyzývání - primární stanice řídí přenosy do a z sekundárních stanic
    * předávání příznaku - může vysílat stanice, která získala rámec zvaný zámek
  * multiplexově orientované - řídí přístup k využívání kanálů v médiu sdíleném více spojeními souběžně:
    * FDMA - šířka pásma je dělena do pásem, každé pásmo je rezervované pro vysílání jedné stanice
    * TDMA - šířka pásma se sdílí mezi stanicemi po časových úsecích - dílech
    * CDMA - metoda založená na teorii kódování, všechny stanice používají šířku pásma současně, každá vysílaný signál unikátně kóduje

Konkrétní protokoly:
  * Aloha - jedna řídící stanice (základna), stanice vysílají kdykoliv mají připravený rámec, pokud nedostane stanice potvrdzení, došlo ke kolizi. Stanice náhodně počká a pak vysílá znovu, po $n$ neúspěšných pokusech se vzdá činnosti. Využitelnost kapacity kanálu je pouze 18%.
  * slotted Aloha - doplňuje časové díly, vysílání vždy začíná na hranici časového dílu. Zmenšuje tak množství kolizí. Využitelnost kapacity kanálu je pouze 36 %.
  * CSMA - stanice vysílá pouze když zjistí klid v médiu. Samotné se moc nepoužívá, obvykle v kombinaci s CD nebo CA:
    * CSMA/nonpersistent (nenaléhající) - když je médium obsazené, stanice čeká náhodnou dobu. Snižuje sa tak riziko kolizí, ale i využitelnost kapacity kanálu.
    * CSMA/1-persistent - stanice vysílá okamžitě jak je volné médium. Používá Ethernet.
    * CSMA/p-persistent - při volném médiu stanice vysílá s pravděpodobností p, jinak znovu testuje médium za $\Delta t$. Při obsazeném médiu stanice čím dál tím déle čeká.
    * CSMA/CD - typicky až 15 pokusů o opakování po kolizi, s každou kolizí se zvyšuje interval pro volbu doby čekání. Nepoužitelné v nevoděném médiu, v nevoděném médiu nelze najednou vysílat i přijímat. CSMA/CD je aplikováno v klasickém LAN Ethernet.
    * CSMA/CA - obcházení kolizí. Stanice používají některou ze strategií perzistence. Po získání média stanice počká pevno dobu (IFG - interframe gap, resp. IFS - interframe space), pak vyčká náhodnou dobu. Stanice pak vyšle rámec a nastaví čekací dobu. Pokud získá potvrzení, vysílání bylo úspěšné, jinak došlo ke strátě (kolize). CSMA/CA se používá v bezdrátových LAN.
  * rezervující protokoly - zvyšuje využitelnost kanálu až na 80%:
    * prostá rezervace - střídá se rezervační interval a interval přenosu dat. V rezervačním intervalu má každá stanice jeden časový úsek, stanice co chtějí vysílat to indikují.  V intervalu přenosu dat vysílají stanice v pořadí, v jakém byli zarezervovány.
    * explicitní rezervace (rezervace Aloha) - typické pro satelitní přenosy. V rezervačním režimu Aloha stanice soupeří o malé časové díly a může docházet ke kolizím, vítěze určí satelit a pošle stanicím rezervační seznam. V režimu přenosu dat pak stanice vysílají dle stanoveného rezervačního seznamu. Všechny stanice musí občas synchronizovat.
    * rezervační TDMA - je N stanic, každý rámec TDMA sestává z N mini-dílů o šířce k bitů a x datových dílů
    * RTS/CTS - používají se krátke signálové rámce: RTS (request to send) před vysíláním pro výhradní právo vysílat, CTS (clear to send) přijímač pošle vysílači jako udělení práva vysílat
    * vyzývání (polling) - řídící stanice vyzývá ostatní stanice k vysílání a vybírá která stanice bude vysílat
    * předávání příznaku - logický kruh, kde si stanice periodicky odevzdávají právo vysílat
  * multiplexing ve fyzické vrstvě:
    * FDMA - frekvenční multiplexing, např. v satelitních sítích
    * TDMA - časový multiplexing, v buňkových mobilních sítích (GSM), může se kombinovat s FDMA
    * CDMA - multiplexing kódováním, vysílání ostatních stanic se chápe jako šum, např. mobilové sítě

===== Optické sítě =====

Optické sítě využívají optické kabely. Optický kabel (fiber, optic) přenáší informace světlem. Systém pro přenos informací optickým kabelem obsahuje:
  * vysílač (sdružovač a laser/LED modulátor)
  * repeater - zesiluje signál
  * coupler
  * demodulátor (fotoelektroda)
  * zesilovač
  * procesor

Přenos informací je založen na principu úplného odrazu světla. Vysílač převádí elektrický signál na světelný a vysílá jej do vlákna pomocí světelného zdroje (laser, LED). Přijímač používá fotodetektor na převod optického signálu na elektrický signál. Elektrický signál je následně zesílen zesilovačem a předpřipraven pro spracování. Elektrický signál spracovává procesor.

Jednotlivé kabely se liší ve svých rozměrech, složení a vlnových délkách světla, které jsou schopny přenášet. Na druhou stranu není přenos nachylný na EMI a optický signál podléhá pouze minimálnímu odporu.

Optický kabel se skládá z:
  * jádro - složeno z jednoho nebo více skleněných nebo plastických vláken, kterými prochází signál. Plastická vlákna jsou jednodušší na výrobu, ale jsou použitelná pouze na kratší vzdálenost. Průměr jádra se pohybuje od 2 do několika set mikronů.
  * plášť světlovodu - vyroben jako jedna čásť společne s jádrem, rozměry jsou od 100 mikronů do 1 mm. Plášť má nižší index lomu světla než jádro.
  * obal - vnější ochranné pouzdro (plenum / nonplenum)

Optický kabel je obvykle vyráběn v páru (pro každý směr jedno vlákno). Při vysílání pak musí být dodržena numerická apertura - míra schopnosti vlákna shromažďovat světlo. Je určena maximálním úhlem, pod ktorým světlo dopadající na vlákno skrz něj projde.

Rozdělení optických kabelů:
  * jednovidové (single-mode) - jádro do 10 mikronů, světlo prostupuje pouze jednou cestou, má velmi malý útlum
  * multividové (multi-mode) - tlustší jádro, světelný paprsek může probíhat více cestami, co může vést k rušení na straně příjemce. Jako veličina skreslení se používá modální disperze, která udává v ns/km rozdíl mezi nejrychlejším a nejpomalejším světelným průběhem. Vyrábějí se dva typy:
    * step index - u jednovidových i multividových kabelů
    * graded index - má postupnou změnu indexu lomu, lépe vede světelný signál a má menší útlum i modální disperzi

Optické kabely je možné používat i na vzdálenosti do 100 km bez nutnosti regenerace (u měděných vodičů je nutná regenerace po cca 1.9 km), informace je možné přenášet rychlostí vyšší než 10GB/s.

Útlum v optickém kabelu je způsoben:
  * vnitřní:
    * scattering - nepřesnosti při výrobě
    * absorption - nečistoty v materiálu
  * venkovní:
    * macrobending - nevhodný ohyb kabelu
    * microbending - vzniká drobnými nerovnostmi na kabelu

====== Předměty ======

[[https://is.muni.cz/auth/predmety/predmet.pl?id=519443|FI:PA151]] Soudobé počítačové sítě (jaro 2010), doc. Ing. Jan Staudek, CSc.

[[https://is.muni.cz/auth/predmety/predmet.pl?id=519443|FI:PV169]] Základy přenosu dat (podzim 2008), doc. Ing. Jan Staudek, CSc.

[[https://is.muni.cz/auth/predmety/predmet.pl?id=455316|FI:PV183]] Technologie počítačových sítí (jaro 2009), RNDr. Jaroslav Pelikán, Ph.D.

====== Použitá literatura ======

Wikipedia

====== Vypracoval ======

DevelX - Martin Jurča

stav - 95 %