Телекоммуникация , часто используемая во множественном числе, представляет собой передачу информации с помощью различных типов технологий по проводам , радио , оптическим или другим электромагнитным системам. [1] [2] Это происходит из стремления людей общаться на расстоянии, большем, чем это возможно с помощью человеческого голоса , но с аналогичным масштабом целесообразности; таким образом, медленные системы (такие как почтовая почта и системы связи по пневматическим трубкам ) исключаются из этой области.
Средства передачи в телекоммуникациях развивались на многочисленных этапах развития технологии: от маяков и других визуальных сигналов (таких как дымовые сигналы , семафорные телеграфы , сигнальные флажки и оптические гелиографы ) до электрического кабеля и электромагнитного излучения, включая свет. Такие пути передачи часто делятся на каналы связи , что дает преимущества мультиплексирования нескольких одновременных сеансов связи .
Другие примеры досовременной связи на большие расстояния включали в себя аудиосообщения, такие как закодированный барабанный бой , гудки из легких и громкие свистки . Технологии дальней связи 20-го и 21-го веков обычно включают в себя электрические и электромагнитные технологии, такие как телеграф , телефон , телевидение и телетайп , сети , радио, микроволновая передача , оптическое волокно и спутники связи .
Первые телекоммуникационные сети создавались с использованием металлических проводов в качестве физической среды передачи сигналов. На протяжении многих лет эти сети использовались для телеграфных и голосовых услуг. Революция в беспроводной связи началась в первом десятилетии 20-го века с новаторских разработок в области радиосвязи Гульельмо Маркони , получившего Нобелевскую премию по физике в 1909 году, и других выдающихся изобретателей-первопроходцев и разработчиков в области электрических и электронных телекоммуникаций. . В их число входили Чарльз Уитстон и Сэмюэл Морс (изобретатели телеграфа), Антонио Меуччи и Александр Грэм Белл (некоторые изобретатели и разработчики телефона, см. Изобретение телефона ), Эдвин Армстронг и Ли де Форест (изобретатели радио), а также Владимир К. Зворыкин , Джон Логи Бэрд и Фило Фарнсворт (некоторые из изобретателей телевидения).
С распространением цифровых технологий с 1960-х годов голосовая связь постепенно дополнялась передачей данных. Ограничения передачи металлических данных побудили развитие оптики. [3] [4] [5] Развитие медиа-независимых интернет- технологий обеспечило доступ к глобальным услугам для отдельных пользователей без ограничений по местоположению и времени.
Телекоммуникация — это составное существительное, состоящее из греческого префикса «теле-» (τῆλε), означающего «далеко », «далеко » или «далеко », [6] и латинского глагола «коммуникаре» , означающего «делиться» . Его современное использование заимствовано из французского языка, [7] потому что его письменное использование было зафиксировано в 1904 году французским инженером и писателем Эдуардом Эстонье . [8] [9] Впервые слово «коммуникация» было использовано в английском языке в конце 14 века. Оно происходит от старофранцузского comunicacion (14 в., современное французское общение), от латинского communicationem (именительный падеж), существительного действия от основы причастия прошедшего времени от communicare, «делить, разделять; сообщать, передавать, информировать; присоединяться, объединяться, «участвуйте», буквально, «создавайте общее», от communis» [10] .
На Полномочной телеграфной конференции 1932 года и Международной радиотелеграфной конференции в Мадриде две организации объединились в Международный союз электросвязи (МСЭ). [11] Они определили телекоммуникацию как «любую телеграфную или телефонную передачу знаков, сигналов, письма, факсимиле и звуков любого рода по проводам, беспроводным или другим системам или процессам электрической сигнализации или визуальной сигнализации (семафоры)».
Позже это определение было подтверждено в соответствии со статьей 1.3 Регламента радиосвязи МСЭ , которая определяла его как «Любая передача , излучение или прием знаков, сигналов, письменных изображений, изображений и звуков или информации любого характера по проводам , радио, оптическим или другие электромагнитные системы».
Почтовые голуби на протяжении всей истории использовались разными культурами. Голубиная почта имела персидские корни и позже использовалась римлянами для помощи своей армии. Фронтин утверждал, что Юлий Цезарь использовал голубей в качестве посланников при завоевании Галлии . [12] Греки также передавали имена победителей Олимпийских игр в различные города с помощью почтовых голубей. [13] В начале 19 века голландское правительство использовало эту систему на Яве и Суматре . А в 1849 году Пауль Юлиус Ройтер запустил голубиную службу для доставки цен на акции между Аахеном и Брюсселем . Эта служба работала в течение года, пока разрыв в телеграфной связи не был закрыт. [14]
В средние века цепи маяков обычно использовались на вершинах холмов как средство передачи сигнала. Цепи маяков имели тот недостаток, что они могли передавать только один бит информации, поэтому значение сообщения, такого как «враг замечен», нужно было согласовывать заранее. Один примечательный случай их использования произошел во время Испанской армады , когда цепь радиомаяков передала сигнал из Плимута в Лондон . [15]
В 1792 году французский инженер Клод Шапп построил первую стационарную систему визуальной телеграфии (или семафорную линию ) между Лиллем и Парижем. [16] Однако семафор страдал от необходимости в квалифицированных операторах и дорогих вышках с интервалами от десяти до тридцати километров (от шести до девятнадцати миль). В результате конкуренции со стороны электрического телеграфа последняя коммерческая линия была заброшена в 1880 году. [17]
25 июля 1837 года первый коммерческий электрический телеграф был продемонстрирован английским изобретателем сэром Уильямом Фотергиллом Куком и английским ученым сэром Чарльзом Уитстоном . [18] [19] Оба изобретателя рассматривали свое устройство как «улучшение [существующего] электромагнитного телеграфа», а не как новое устройство. [20]
Сэмюэл Морс независимо разработал версию электрического телеграфа, которую он безуспешно продемонстрировал 2 сентября 1837 года. Его код был важным шагом вперед по сравнению с методом передачи сигналов Уитстона. Первый трансатлантический телеграфный кабель был успешно проложен 27 июля 1866 года, что впервые позволило осуществлять трансатлантическую телекоммуникационную связь. [21]
Обычный телефон был запатентован Александром Беллом в 1876 году. Элиша Грей также подал оговорку по этому поводу в 1876 году. Грей отказался от своей оговорки, и, поскольку он не оспаривал приоритет Белла, эксперт утвердил патент Белла 3 марта 1876 года. Грей подал свою оговорку. Предостережение относительно телефона с переменным сопротивлением, но Белл был первым, кто задокументировал эту идею и протестировал ее в телефоне. [22] Антонио Меуччи изобрел устройство, позволяющее электрическую передачу голоса по линии связи, почти 30 лет назад, в 1849 году, но его устройство не имело практической ценности, поскольку оно основывалось на электрофоническом эффекте, требующем от пользователей помещать трубку в рот, чтобы "слышать." [23] Первые коммерческие телефонные услуги были созданы Bell Telephone Company в 1878 и 1879 годах по обе стороны Атлантики в городах Нью-Хейвен и Лондон. [24] [25]
В 1894 году итальянский изобретатель Гульельмо Маркони начал разработку беспроводной связи с использованием недавно открытого на тот момент явления радиоволн , показав к 1901 году, что они могут передаваться через Атлантический океан. [26] Это было началом беспроводной телеграфии по радио. 17 декабря 1902 года передача со станции Маркони в Глейс-Бэй , Новая Шотландия, Канада, стала первым в мире радиосообщением, пересекшим Атлантику из Северной Америки. В 1904 году была создана коммерческая служба для передачи ежевечерних сводок новостей судам-подписчикам, которые включали их в свои бортовые газеты. [27]
Первая мировая война ускорила развитие радиосвязи для военной связи . После войны коммерческое радиовещание AM началось в 1920-х годах и стало важным средством массовой информации для развлечений и новостей. Вторая мировая война вновь ускорила развитие радиосвязи для военных целей авиационной и наземной связи, радионавигации и радиолокации. [28] Развитие стереофонического FM -радиовещания началось в 1930-х годах в США и 1940-х годах в Великобритании, [29] вытеснив AM в качестве доминирующего коммерческого стандарта в 1970-х годах. [30]
25 марта 1925 года Джон Логи Бэрд продемонстрировал передачу движущихся изображений в лондонском универмаге Selfridges . Устройство Бэрда основывалось на диске Нипкова и поэтому стало известно как механическое телевидение . Он лег в основу экспериментальных передач, проводимых Британской радиовещательной корпорацией, начиная с 30 сентября 1929 года . [31] Однако на протяжении большей части 20-го века телевизоры зависели от электронно-лучевой трубки, изобретенной Карлом Брауном . Первая многообещающая версия такого телевизора была произведена Фило Фарнсвортом и продемонстрирована его семье 7 сентября 1927 года. [32] После Второй мировой войны прерванные эксперименты возобновились, и телевидение стало важным средством домашнего развлекательного вещания.
Тип устройства, известный как термоэмиссионная трубка или термоэлектронный клапан, использует термоэлектронную эмиссию электронов с нагретого катода для ряда фундаментальных электронных функций, таких как усиление сигнала и выпрямление тока .
Простейшая вакуумная лампа, диод , изобретенный в 1904 году Джоном Амброузом Флемингом , содержит только нагретый катод, испускающий электроны, и анод. Электроны могут течь через устройство только в одном направлении — от катода к аноду. Добавление одной или нескольких управляющих сеток внутри трубки позволяет контролировать ток между катодом и анодом с помощью напряжения на сетке или сетках. [33] Эти устройства стали ключевым компонентом электронных схем в первой половине 20-го века и сыграли решающую роль в развитии радио, телевидения, радаров, звукозаписи и воспроизведения , междугородных телефонных сетей, а также аналоговых и первых цифровых компьютеров. . Хотя в некоторых приложениях использовались более ранние технологии, такие как передатчик искрового разрядника для радио или механические компьютеры для вычислений, именно изобретение термоэлектронной вакуумной лампы сделало эти технологии широко распространенными и практичными, что привело к созданию электроники . [34]
В 1940-х годах изобретение полупроводниковых приборов позволило производить твердотельные устройства, которые меньше, дешевле и более эффективны, надежны и долговечны, чем термоэмиссионные трубки. Начиная с середины 1960-х годов термоэмиссионные трубки были заменены транзисторами . Термоэмиссионные трубки все еще находят применение в некоторых высокочастотных усилителях.
11 сентября 1940 года Джордж Стибиц передал задачи для своего калькулятора комплексных чисел в Нью-Йорк с помощью телетайпа и получил вычисленные результаты обратно в Дартмутский колледж в Нью-Гэмпшире . [35] Такая конфигурация централизованного компьютера ( мэйнфрейма ) с удаленными тупыми терминалами оставалась популярной вплоть до 1970-х годов. В 1960-х годах Пол Бэран и независимо Дональд Дэвис начали исследовать коммутацию пакетов — технологию, которая асинхронно отправляет сообщение по частям к месту назначения , не пропуская его через централизованный мэйнфрейм . Сеть с четырьмя узлами возникла 5 декабря 1969 года, положив начало ARPANET , которая к 1981 году выросла до 213 узлов . [36] ARPANET в конечном итоге объединилась с другими сетями и образовала Интернет. В то время как развитие Интернета было в центре внимания Инженерной рабочей группы Интернета (IETF), которая опубликовала серию документов с запросом комментариев , в промышленных лабораториях произошли и другие достижения в области сетевых технологий , такие как разработки локальных сетей (LAN) Ethernet (1983 г.), Token Кольцо (1984) и топология сети « Звезда » .
Эффективная емкость обмена информацией во всем мире через двусторонние телекоммуникационные сети выросла с 281 петабайта (пБ) оптимально сжатой информации в 1986 году до 471 пБ в 1993 году, от 2,2 эксабайта (эБ) в 2000 году до 65 эБ в 2007 году. [37] Это информационный эквивалент двух газетных страниц на человека в день в 1986 году и шести целых газет на человека в день к 2007 году . В 2012 году сектор составил 4,7 триллиона долларов. [39] [40] Доходы от услуг глобальной телекоммуникационной отрасли в 2010 году оценивались в 1,5 триллиона долларов, что соответствует 2,4% мирового валового внутреннего продукта (ВВП). [39]
Современная электросвязь основана на ряде ключевых концепций, которые постепенно развивались и совершенствовались на протяжении более чем столетия:
Телекоммуникационные технологии в первую очередь можно разделить на проводные и беспроводные. В целом базовая телекоммуникационная система состоит из трех основных частей, которые всегда присутствуют в той или иной форме:
На радиовещательной станции большой усилитель мощности станции является передатчиком, а радиовещательная антенна является интерфейсом между усилителем мощности и каналом свободного пространства. Канал свободного пространства является средой передачи, а антенна приемника является интерфейсом между каналом свободного пространства и приемником. Далее радиоприемник является пунктом назначения радиосигнала, где он преобразуется из электричества в звук.
Телекоммуникационные системы иногда являются «дуплексными» (двусторонними системами) с одним блоком электроники, работающим и как передатчик, и как приемник, или как приемопередатчик (например, мобильный телефон ). [41] Передающая электроника и приемная электроника внутри трансивера совершенно независимы друг от друга. Это можно объяснить тем, что радиопередатчики содержат усилители мощности, работающие с электрической мощностью, измеряемой в ваттах или киловаттах, а радиоприемники имеют дело с радиомощностями, измеряемыми в микроваттах или нановаттах . Следовательно, трансиверы должны быть тщательно спроектированы и изготовлены так, чтобы изолировать их схемы высокой мощности и схемы малой мощности друг от друга, чтобы избежать помех.
Телекоммуникация по фиксированным линиям называется связью «точка-точка», поскольку она происходит между передатчиком и получателем. Телекоммуникация посредством радиопередач называется широковещательной связью , поскольку она происходит между мощным передатчиком и многочисленными маломощными, но чувствительными радиоприемниками. [41]
Телекоммуникации, в которых несколько передатчиков и несколько приемников предназначены для совместной работы и совместного использования одного и того же физического канала, называются мультиплексными системами . Совместное использование физических каналов с использованием мультиплексирования часто приводит к значительному снижению затрат. Мультиплексированные системы размещаются в телекоммуникационных сетях, и мультиплексированные сигналы коммутируются в узлах до правильного конечного приемника.
Сигналы связи могут передаваться в виде аналоговых сигналов или цифровых сигналов через аналоговые системы связи или цифровые системы связи. Аналоговые сигналы непрерывно изменяются в зависимости от информации, тогда как цифровые сигналы кодируют информацию как набор дискретных значений (например, набор единиц и нулей). [42] Во время распространения и приема информация, содержащаяся в аналоговых сигналах, ухудшается из-за нежелательного физического шума . Обычно шум в системе связи можно выразить как добавление или вычитание из полезного сигнала случайным образом . Эту форму шума называют аддитивным шумом , имея в виду, что в разных случаях шум может быть отрицательным или положительным.
Если аддитивные шумовые помехи не превысят определенный порог, информация, содержащаяся в цифровых сигналах, останется нетронутой. Их устойчивость к шуму представляет собой ключевое преимущество цифровых сигналов перед аналоговыми. Однако цифровые системы катастрофически выходят из строя , когда шум превышает способность системы к автокоррекции. С другой стороны, аналоговые системы терпят неудачу: по мере увеличения шума сигнал становится все более ухудшающимся, но все еще пригодным для использования. Кроме того, цифровая передача непрерывных данных неизбежно добавляет к выходному сигналу шум квантования . Это можно уменьшить, но не устранить, только за счет увеличения требований к полосе пропускания канала.
Термин «канал» имеет два разных значения. В одном смысле канал — это физическая среда, по которой передается сигнал между передатчиком и приемником. Примерами этого являются атмосфера для звуковой связи, стеклянные оптические волокна для некоторых видов оптической связи , коаксиальные кабели для связи посредством напряжений и электрических токов в них, а также свободное пространство для связи с использованием видимого света , инфракрасных волн, ультрафиолетового света , и радиоволны . Типы коаксиальных кабелей классифицируются по типу RG или «радиогид» - терминологии, заимствованной во время Второй мировой войны. Различные обозначения RG используются для классификации конкретных приложений передачи сигналов. [43] Этот последний канал называется «каналом свободного пространства». Передача радиоволн из одного места в другое не имеет ничего общего с наличием или отсутствием атмосферы между ними. Радиоволны проходят через идеальный вакуум так же легко, как через воздух, туман, облака или любой другой газ.
Другое значение термина «канал» в телекоммуникациях можно увидеть во фразе « канал связи », которая представляет собой подразделение среды передачи, позволяющее использовать его для одновременной отправки нескольких потоков информации. Например, одна радиостанция может транслировать радиоволны в свободное пространство на частотах около 94,5 МГц (мегагерц), в то время как другая радиостанция может одновременно транслировать радиоволны на частотах около 96,1 МГц. Каждая радиостанция будет передавать радиоволны в полосе частот около 180 кГц (килогерц), сосредоточенной на таких частотах, как указано выше, которые называются «несущими частотами» . Каждая станция в этом примере отделена от соседних станций на 200 кГц, а разница между 200 кГц и 180 кГц (20 кГц) является инженерным допуском на несовершенство системы связи.
В приведенном выше примере «канал свободного пространства» был разделен на каналы связи в соответствии с частотами , и каждому каналу назначена отдельная полоса частот для трансляции радиоволн. Такая система разделения среды на каналы по частоте называется « мультиплексированием с частотным разделением ». Другой термин для той же концепции — « мультиплексирование с разделением по длине волны », который чаще используется в оптической связи, когда несколько передатчиков используют одну и ту же физическую среду.
Другой способ разделения среды связи на каналы — выделить каждому отправителю повторяющийся отрезок времени («временной интервал», например, 20 миллисекунд в каждой секунде) и разрешить каждому отправителю отправлять сообщения только в пределах своего времени. слот. Этот метод разделения среды на каналы связи называется « мультиплексированием с временным разделением » ( TDM ) и используется в оптоволоконной связи. Некоторые системы радиосвязи используют TDM внутри выделенного канала FDM. Следовательно, эти системы используют гибрид TDM и FDM.
Формирование сигнала для передачи информации называется модуляцией . Модуляцию можно использовать для представления цифрового сообщения в виде аналогового сигнала. Обычно это называют «манипуляцией» — термином, полученным из более старого использования азбуки Морзе в телекоммуникациях, — и существует несколько методов манипуляции (к ним относятся фазовая манипуляция , частотная манипуляция и амплитудная манипуляция ). Система « Bluetooth », например, использует фазовую манипуляцию для обмена информацией между различными устройствами. [44] [45] Кроме того, существуют комбинации фазовой манипуляции и амплитудной манипуляции, которые называются (на профессиональном жаргоне) « квадратурной амплитудной модуляцией » (QAM), которые используются в цифровой радиосвязи высокой пропускной способности. системы связи.
Модуляция также может использоваться для передачи информации низкочастотных аналоговых сигналов на более высоких частотах. Это полезно, поскольку низкочастотные аналоговые сигналы не могут эффективно передаваться в свободном пространстве. Следовательно, перед передачей информация из низкочастотного аналогового сигнала должна быть преобразована в высокочастотный сигнал (известный как « несущая волна »). Для достижения этой цели существует несколько различных схем модуляции (две из самых основных — амплитудная модуляция (AM) и частотная модуляция (FM)). Примером этого процесса является преобразование голоса диск-жокея в несущую волну частотой 96 МГц с использованием частотной модуляции (затем голос будет приниматься по радио как канал «96 FM»). [46] Кроме того, модуляция имеет то преимущество, что она может использовать мультиплексирование с частотным разделением каналов (FDM).
Телекоммуникационная сеть представляет собой совокупность передатчиков, приемников и каналов связи , которые отправляют сообщения друг другу. Некоторые сети цифровой связи содержат один или несколько маршрутизаторов , которые совместно передают информацию нужному пользователю. Сеть аналоговой связи состоит из одного или нескольких коммутаторов , которые устанавливают соединение между двумя или более пользователями. Для обоих типов сетей могут потребоваться ретрансляторы для усиления или воссоздания сигнала при его передаче на большие расстояния. Это необходимо для борьбы с затуханием , которое может сделать сигнал неотличимым от шума. [47] Еще одним преимуществом цифровых систем перед аналоговыми является то, что их выходные данные легче хранить в памяти, т.е. два состояния напряжения (высокое и низкое) легче хранить, чем непрерывный диапазон состояний.
Телекоммуникации оказывают значительное социальное, культурное и экономическое воздействие на современное общество. По оценкам, в 2008 году доходы телекоммуникационной отрасли составили 4,7 триллиона долларов США, или чуть менее трех процентов валового мирового продукта (официальный обменный курс). [39] В нескольких следующих разделах обсуждается влияние электросвязи на общество.
На микроэкономическом уровне компании используют телекоммуникации для построения глобальных бизнес-империй. В случае с интернет-магазином Amazon.com это самоочевидно, но, по мнению ученого Эдварда Ленерта, даже обычный ритейлер Walmart выиграл от лучшей телекоммуникационной инфраструктуры по сравнению со своими конкурентами. [48] В городах по всему миру владельцы домов используют свои телефоны для заказа и организации различных домашних услуг, начиная от доставки пиццы и заканчивая электрикой. Было отмечено, что даже относительно бедные сообщества используют электросвязь в своих интересах. В бангладешском районе Нарсингди изолированные жители деревни используют сотовые телефоны, чтобы напрямую общаться с оптовиками и договариваться о более выгодных ценах на свои товары. В Кот-д'Ивуаре производители кофе используют мобильные телефоны, чтобы следить за почасовыми изменениями цен на кофе и продавать его по лучшей цене. [49]
В макроэкономическом масштабе Ларс-Хендрик Рёллер и Леонард Ваверман предположили причинно-следственную связь между хорошей телекоммуникационной инфраструктурой и экономическим ростом. [50] [51] Мало кто оспаривает существование корреляции, хотя некоторые утверждают, что неверно рассматривать эту связь как причинно-следственную. [52]
Из-за экономических преимуществ хорошей телекоммуникационной инфраструктуры растет беспокойство по поводу неравенства доступа к телекоммуникационным услугам среди различных стран мира – это известно как цифровой разрыв . Опрос, проведенный Международным союзом электросвязи (МСЭ) в 2003 году, показал, что примерно в трети стран на каждые 20 человек приходится менее одного абонента мобильной связи, а в трети стран на каждые 20 человек приходится менее одного абонента на стационарную телефонную связь. Что касается доступа в Интернет, то примерно в половине всех стран доступ к Интернету имеет менее одного человека из 20. На основе этой информации, а также данных об образовании МСЭ смог составить индекс, который измеряет общую способность граждан получать доступ к информационным и коммуникационным технологиям и использовать их. [53] По этому показателю Швеция, Дания и Исландия получили самый высокий рейтинг, а африканские страны Нигер , Буркина-Фасо и Мали получили самый низкий рейтинг. [54]
Телекоммуникации сыграли значительную роль в социальных отношениях. Тем не менее, такие устройства, как телефонная система, изначально рекламировались с упором на практические аспекты устройства (например, возможность вести бизнес или заказывать домашние услуги), а не на социальные аспекты. Лишь в конце 1920-х и 1930-х годах социальные аспекты устройства стали заметной темой в телефонной рекламе. Новые рекламные акции начали воздействовать на эмоции потребителей, подчеркивая важность социального общения и поддержания связи с семьей и друзьями. [55]
С тех пор роль телекоммуникаций в социальных отношениях становится все более важной. В последние годы [ когда? ] популярность социальных сетей резко возросла. Эти сайты позволяют пользователям общаться друг с другом, а также публиковать фотографии, события и профили для просмотра другими. В профилях могут быть указаны возраст человека, интересы, сексуальные предпочтения и статус отношений. Таким образом, эти места могут играть важную роль во всем: от организации социальных мероприятий до ухаживания . [56]
До появления сайтов социальных сетей такие технологии, как служба коротких сообщений (SMS) и телефон, также оказывали значительное влияние на социальное взаимодействие. В 2000 году исследовательская группа Ipsos MORI сообщила, что 81% пользователей SMS в возрасте от 15 до 24 лет в Соединенном Королевстве использовали эту услугу для координации социальных мероприятий, а 42% - для флирта. [57]
В культурном плане телекоммуникации расширили возможности общественности получать доступ к музыке и фильмам. Благодаря телевидению люди могут смотреть фильмы, которые они раньше не видели, у себя дома, без необходимости идти в видеомагазин или кинотеатр. Благодаря радио и Интернету люди могут слушать музыку, которую они раньше не слышали, без необходимости идти в музыкальный магазин.
Телекоммуникации также изменили способ получения людьми новостей. В опросе 2006 года (правая таблица) среди чуть более 3000 американцев, проведенном некоммерческой организацией Pew Internet and American Life Project в Соединенных Штатах, большинство из них отдали предпочтение телевидению или радио газетам.
Телекоммуникации оказали столь же значительное влияние на рекламу. TNS Media Intelligence сообщила, что в 2007 году 58% рекламных расходов в США было потрачено на средства массовой информации, зависящие от телекоммуникаций. [59]
Многие страны приняли законодательство, соответствующее Регламенту международной электросвязи, установленному Международным союзом электросвязи (МСЭ), который является «ведущим агентством ООН по вопросам информационных и коммуникационных технологий». [60] В 1947 году на конференции в Атлантик-Сити МСЭ решил «предоставить международную защиту всем частотам, зарегистрированным в новом международном списке частот и используемым в соответствии с Регламентом радиосвязи». Согласно Регламенту радиосвязи МСЭ , принятому в Атлантик-Сити, все частоты, указанные в Международном совете по регистрации частот , рассмотренные Комиссией и зарегистрированные в Международном списке частот , «имеют право на международную защиту от вредных помех». [61]
С глобальной точки зрения, были политические дебаты и законодательство относительно управления электросвязью и радиовещанием. В истории радиовещания обсуждаются некоторые дебаты по поводу баланса между традиционными коммуникациями, такими как печать, и телекоммуникациями, такими как радиовещание. [62] Начало Второй мировой войны привело к первому взрыву международной пропаганды радиовещания. [62] Страны, их правительства, повстанцы, террористы и ополченцы использовали телекоммуникационные и радиовещательные технологии для пропаганды. [62] [63] Патриотическая пропаганда политических движений и колонизации началась в середине 1930-х годов. В 1936 году BBC транслировала пропаганду на арабский мир, чтобы частично противостоять аналогичным передачам из Италии, которая также имела колониальные интересы в Северной Африке. [62] Современные политические дебаты в сфере телекоммуникаций включают реклассификацию услуги широкополосного Интернета в телекоммуникационную услугу (также называемую сетевой нейтральностью ), [64] [65] регулирование телефонного спама , [66] [67] и расширение доступного широкополосного доступа. [68]
По данным компаний Gartner [69] [70] и Ars Technica [71] продажи основного потребительского телекоммуникационного оборудования во всем мире в миллионах единиц составили:
В телефонной сети вызывающий абонент соединяется с человеком, с которым желает поговорить, с помощью коммутаторов на различных телефонных станциях . Переключатели образуют электрическое соединение между двумя пользователями, и настройка этих переключателей определяется электронным способом, когда вызывающий абонент набирает номер. Как только соединение установлено, голос звонящего преобразуется в электрический сигнал с помощью небольшого микрофона в телефонной трубке звонящего . Затем этот электрический сигнал отправляется по сети пользователю на другом конце, где он преобразуется обратно в звук с помощью небольшого динамика в телефонной трубке этого человека.
По состоянию на 2015 год [обновлять]стационарные телефоны в большинстве жилых домов являются аналоговыми, то есть голос говорящего напрямую определяет напряжение сигнала. [72] Хотя вызовы на короткие расстояния могут обрабатываться сквозным способом как аналоговые сигналы, поставщики телефонных услуг все чаще прозрачно преобразуют сигналы в цифровые для передачи. Преимущество этого заключается в том, что оцифрованные голосовые данные могут передаваться вместе с данными из Интернета и прекрасно воспроизводиться при связи на больших расстояниях (в отличие от аналоговых сигналов, на которые неизбежно влияет шум).
Мобильные телефоны оказали значительное влияние на телефонные сети. Число подписок на мобильные телефоны сейчас превышает количество подписок на фиксированную связь на многих рынках. Продажи мобильных телефонов в 2005 году составили 816,6 млн, причем эта цифра почти поровну поделена между рынками Азиатско-Тихоокеанского региона (204 млн), Западной Европы (164 млн), CEMEA (Центральная Европа, Ближний Восток и Африка) (153,5 млн). , Северная Америка (148 м) и Латинская Америка (102 м). [73] По количеству новых подписок за пять лет, начиная с 1999 года, Африка опередила другие рынки с ростом на 58,2%. [74] Все чаще эти телефоны обслуживаются системами, в которых голосовой контент передается в цифровом формате, например, GSM или W-CDMA, при этом многие рынки предпочитают отказаться от аналоговых систем, таких как AMPS . [75]
За кулисами также произошли драматические изменения в телефонной связи. Начиная с эксплуатации ТАТ-8 в 1988 году, в 1990-е годы получили широкое распространение системы на основе оптических волокон. Преимущество связи с помощью оптических волокон заключается в том, что они обеспечивают резкое увеличение емкости данных. Сам ТАТ-8 мог передавать в 10 раз больше телефонных звонков, чем последний медный кабель, проложенный в то время, а современные оптоволоконные кабели способны передавать в 25 раз больше телефонных звонков, чем ТАТ-8. [76] Такое увеличение емкости данных обусловлено несколькими факторами: во-первых, оптические волокна физически намного меньше, чем конкурирующие технологии. Во-вторых, они не страдают от перекрестных помех , а это означает, что несколько сотен из них можно легко объединить в один кабель. [77] Наконец, улучшения в мультиплексировании привели к экспоненциальному росту пропускной способности одного волокна. [78] [79]
Для обеспечения связи во многих современных оптоволоконных сетях используется протокол, известный как асинхронный режим передачи (ATM). Протокол ATM позволяет осуществлять параллельную передачу данных , упомянутую во втором абзаце. Он подходит для телефонных сетей общего пользования, поскольку устанавливает путь передачи данных через сеть и связывает контракт трафика с этим путем. Контракт трафика по существу представляет собой соглашение между клиентом и сетью о том, как сеть должна обрабатывать данные; если сеть не может соответствовать условиям контракта трафика, она не принимает соединение. Это важно, поскольку телефонные звонки могут заключать контракт, гарантирующий себе постоянную скорость передачи данных, что гарантирует, что голос звонящего не будет задерживаться по частям или полностью отключаться. [80] Существуют конкуренты ATM, такие как многопротокольная коммутация по меткам (MPLS), которые выполняют аналогичную задачу и, как ожидается, заменят ATM в будущем. [81] [82]
В системе вещания центральная мощная радиовещательная вышка передает высокочастотную электромагнитную волну на многочисленные маломощные приемники. Высокочастотная волна, посылаемая вышкой, модулируется сигналом, содержащим визуальную или звуковую информацию. Затем приемник настраивается на прием высокочастотной волны, а демодулятор используется для извлечения сигнала, содержащего визуальную или звуковую информацию. Вещательный сигнал может быть аналоговым (сигнал непрерывно изменяется в зависимости от информации) или цифровым (информация кодируется как набор дискретных значений). [41] [83]
Индустрия вещательных СМИ находится на решающем поворотном этапе своего развития: многие страны переходят от аналогового вещания к цифровому. Этот шаг стал возможен благодаря производству более дешевых, быстрых и эффективных интегральных схем . Главное преимущество цифрового вещания заключается в том, что оно предотвращает ряд жалоб, характерных для традиционного аналогового вещания. Для телевидения это включает в себя устранение таких проблем, как заснеженное изображение , двоение изображения и другие искажения. Это происходит из-за природы аналоговой передачи, а это означает, что искажения из-за шума будут очевидны в конечном выходе. Цифровая передача решает эту проблему, поскольку цифровые сигналы при приеме сводятся к дискретным значениям и, следовательно, небольшие возмущения не влияют на конечный результат. В упрощенном примере, если двоичное сообщение 1011 было передано с амплитудами сигнала [1,0 0,0 1,0 1,0] и получено с амплитудами сигнала [0,9 0,2 1,1 0,9], оно все равно будет декодировано в двоичное сообщение 1011 — идеальное воспроизведение того, что было отправлено. Из этого примера также можно увидеть проблему цифровой передачи в том, что если шум достаточно велик, он может существенно изменить декодированное сообщение. Используя прямое исправление ошибок, получатель может исправить несколько битовых ошибок в полученном сообщении, но слишком большой шум приведет к непонятному выводу и, следовательно, к сбою передачи. [84] [85]
В цифровом телевизионном вещании существует три конкурирующих стандарта, которые, вероятно, будут приняты во всем мире. Это стандарты ATSC , DVB и ISDB ; принятие этих стандартов на данный момент представлено на карте с подписью. Все три стандарта используют MPEG-2 для сжатия видео. ATSC использует Dolby Digital AC-3 для сжатия звука, ISDB использует Advanced Audio Coding (MPEG-2 Part 7), а DVB не имеет стандарта для сжатия звука, но обычно использует MPEG-1 Part 3 Layer 2. [86] [87] Выбор модуляции также варьируется в зависимости от схемы. В цифровом аудиовещании стандарты гораздо более унифицированы: практически все страны решили принять стандарт цифрового аудиовещания (также известный как стандарт Eureka 147 ). Исключением являются Соединенные Штаты, которые решили использовать HD Radio . HD Radio, в отличие от Eureka 147, основано на методе передачи, известном как внутриполосная передача по каналу, который позволяет цифровой информации «совмещаться» с обычными аналоговыми передачами AM или FM. [88]
Однако, несмотря на предстоящий переход на цифровое телевидение, аналоговое телевидение по-прежнему транслируется в большинстве стран. Исключением являются Соединенные Штаты, которые прекратили аналоговое телевизионное вещание (всеми, кроме очень маломощных телевизионных станций) 12 июня 2009 года [89] после двойной задержки крайнего срока перехода. Кения также прекратила вещание аналогового телевидения в декабре 2014 года после многочисленных задержек. Что касается аналогового телевидения, то для вещания цветного телевидения использовались три стандарта (см. карту принятия здесь ). Они известны как PAL (разработан в Германии), NTSC (разработан в Америке) и SECAM (разработан во Франции). Для аналогового радио переход на цифровое радио осложняется более высокой стоимостью цифровых приемников. [90] Выбор модуляции для аналогового радио обычно осуществляется между амплитудной ( AM ) или частотной модуляцией ( FM ). Для достижения стереовоспроизведения для стерео FM используется амплитудно-модулированная поднесущая , а для стерео AM или C-QUAM — квадратурная амплитудная модуляция .
Интернет — это всемирная сеть компьютеров и компьютерных сетей, которые взаимодействуют друг с другом с помощью интернет-протокола (IP). [91] Любой компьютер в Интернете имеет уникальный IP-адрес , который другие компьютеры могут использовать для маршрутизации на него информации. Следовательно, любой компьютер в Интернете может отправить сообщение любому другому компьютеру, используя его IP-адрес. Эти сообщения содержат IP-адрес исходного компьютера, обеспечивающий двустороннюю связь. Таким образом, Интернет представляет собой обмен сообщениями между компьютерами. [92]
Подсчитано, что 51% информации, проходящей через сети двусторонней связи в 2000 году, проходил через Интернет (большая часть остальной информации (42%) - через стационарный телефон ). К 2007 году Интернет явно доминировал и захватывал 97% всей информации в телекоммуникационных сетях (большая часть остальной информации (2%) — через мобильные телефоны ). [37] По состоянию на 2008 год [обновлять]примерно 21,9% населения мира имеет доступ к Интернету, при этом самые высокие показатели доступа (измеренные в процентах от населения) в Северной Америке (73,6%), Океании/Австралии (59,5%) и Европа (48,1%). [93] По уровню широкополосного доступа лидируют Исландия (26,7%), Южная Корея (25,4%) и Нидерланды (25,3%). [94]
Интернет работает отчасти благодаря протоколам , управляющим взаимодействием компьютеров и маршрутизаторов друг с другом. Характер связи в компьютерных сетях предполагает многоуровневый подход, при котором отдельные протоколы в стеке протоколов работают более или менее независимо от других протоколов. Это позволяет настраивать протоколы более низкого уровня в соответствии с ситуацией в сети, не меняя при этом способ работы протоколов более высокого уровня. Практический пример того, почему это важно, заключается в том, что это позволяет интернет-браузеру запускать один и тот же код независимо от того, подключен ли компьютер, на котором он работает, к Интернету через соединение Ethernet или Wi-Fi . О протоколах часто говорят с точки зрения их места в эталонной модели OSI (на фото справа), которая возникла в 1983 году как первый шаг в безуспешной попытке создать универсально принятый набор сетевых протоколов. [95]
В Интернете физическая среда и протокол канала передачи данных могут меняться в несколько раз по мере того, как пакеты пересекают земной шар. Это связано с тем, что Интернет не накладывает ограничений на то, какой физический носитель или протокол канала передачи данных используется. Это приводит к принятию средств массовой информации и протоколов, которые лучше всего соответствуют ситуации в локальной сети. На практике в большинстве межконтинентальных коммуникаций будет использоваться протокол асинхронного режима передачи (ATM) (или его современный эквивалент) поверх оптоволокна. Это связано с тем, что для большинства межконтинентальных коммуникаций Интернет использует ту же инфраструктуру, что и коммутируемая телефонная сеть общего пользования.
На сетевом уровне все становится стандартизированным, когда для логической адресации принимается Интернет-протокол (IP) . Для Всемирной паутины эти «IP-адреса» получаются из удобочитаемой формы с использованием системы доменных имен (например, 72.14.207.99 получен из Google.com ). На данный момент наиболее широко используемой версией Интернет-протокола является четвертая версия, но переход на шестую версию неизбежен. [96]
На транспортном уровне большая часть коммуникаций использует либо протокол управления передачей (TCP), либо протокол пользовательских дейтаграмм (UDP). TCP используется, когда важно, чтобы каждое отправленное сообщение было получено другим компьютером, тогда как UDP используется, когда это просто желательно. При использовании TCP пакеты передаются повторно, если они потеряны, и размещаются в порядке, прежде чем они будут представлены на более высокие уровни. При использовании UDP пакеты не упорядочиваются и не передаются повторно в случае потери. Пакеты TCP и UDP содержат номера портов, указывающие, какое приложение или процесс должен обрабатывать пакет. [97] Поскольку некоторые протоколы уровня приложений используют определенные порты , сетевые администраторы могут манипулировать трафиком в соответствии с конкретными требованиями. Примерами могут служить ограничение доступа в Интернет путем блокировки трафика, предназначенного для определенного порта, или влияние на производительность определенных приложений путем назначения приоритета .
Над транспортным уровнем существуют определенные протоколы, которые иногда используются и слабо подходят для сеансового уровня и уровня представления, в первую очередь протоколы Secure Sockets Layer (SSL) и Transport Layer Security (TLS). Эти протоколы гарантируют, что данные, передаваемые между двумя сторонами, остаются полностью конфиденциальными. [98] Наконец, на уровне приложений существует множество протоколов, с которыми пользователи Интернета знакомы, например HTTP (просмотр веб-страниц), POP3 (электронная почта), FTP (передача файлов), IRC (Интернет-чат), BitTorrent ( обмен файлами) и XMPP (обмен мгновенными сообщениями).
Протокол передачи голоса по Интернету (VoIP) позволяет использовать пакеты данных для синхронной голосовой связи. Пакеты данных помечаются как пакеты голосового типа, и сетевые администраторы могут устанавливать их приоритеты, чтобы синхронный разговор в реальном времени был менее подвержен конфликту с другими типами трафика данных, которые могут задерживаться (например, передача файлов или электронная почта). или заранее буферизуется (т. е. аудио и видео) без ущерба. Такая расстановка приоритетов подходит, когда сеть имеет достаточную пропускную способность для всех вызовов VoIP, происходящих одновременно, и в сети разрешена расстановка приоритетов, т. е. это частная сеть корпоративного типа, но Интернет обычно не управляется таким образом, и поэтому может быть большая разница в качестве VoIP-вызовов в частной сети и в общедоступном Интернете. [99]
Несмотря на рост Интернета, характеристики локальных вычислительных сетей (ЛВС) — компьютерных сетей, длина которых не превышает нескольких километров, — остаются разными. Это связано с тем, что сети такого масштаба не требуют всех функций, присущих более крупным сетям, и без них зачастую более экономичны и эффективны. Когда они не подключены к Интернету, они также имеют преимущества конфиденциальности и безопасности. Однако намеренное отсутствие прямого подключения к Интернету не обеспечивает гарантированной защиты от хакеров, военных или экономических держав. Эти угрозы существуют, если существуют какие-либо способы удаленного подключения к локальной сети.
Глобальные сети (WAN) — это частные компьютерные сети, которые могут простираться на тысячи километров. Еще раз, некоторые из их преимуществ включают конфиденциальность и безопасность. Основными пользователями частных локальных и глобальных сетей являются вооруженные силы и спецслужбы, которые должны обеспечивать безопасность и секретность своей информации.
В середине 1980-х годов появилось несколько наборов протоколов связи, призванных заполнить пробелы между канальным уровнем и прикладным уровнем эталонной модели OSI . К ним относятся AppleTalk , IPX и NetBIOS , причем доминирующим протоколом, установленным в начале 1990-х годов, был IPX из-за его популярности среди пользователей MS-DOS . TCP/IP существовал на тот момент, но обычно использовался только крупными государственными и исследовательскими учреждениями. [100]
По мере роста популярности Интернета и необходимости маршрутизации его трафика в частные сети протоколы TCP/IP заменили существующие технологии локальных сетей. Дополнительные технологии, такие как DHCP , позволили компьютерам на базе TCP/IP самостоятельно настраиваться в сети. Подобные функции также существовали в наборах протоколов AppleTalk/IPX/NetBIOS. [101]
Принимая во внимание, что асинхронный режим передачи (ATM) или многопротокольная коммутация по меткам (MPLS) являются типичными протоколами канала передачи данных для более крупных сетей, таких как глобальные сети; Ethernet и Token Ring являются типичными протоколами передачи данных для локальных сетей. Эти протоколы отличаются от предыдущих протоколов тем, что они проще, например, в них отсутствуют такие функции, как гарантии качества обслуживания , и предлагается контроль доступа к среде передачи . Оба эти различия позволяют создавать более экономичные системы. [102]
Несмотря на скромную популярность Token Ring в 1980-х и 1990-х годах, практически все локальные сети сегодня используют либо проводные, либо беспроводные средства Ethernet. На физическом уровне в большинстве реализаций проводного Ethernet используются медные витые пары (включая распространенные сети 10BASE-T ). Однако в некоторых ранних реализациях использовались более тяжелые коаксиальные кабели, а в некоторых недавних реализациях (особенно высокоскоростных) использовались оптические волокна. [103] При использовании оптических волокон следует различать многомодовые и одномодовые волокна. Многомодовые волокна можно рассматривать как более толстые оптические волокна, для которых дешевле производить устройства, но которые страдают от меньшей полезной полосы пропускания и худшего затухания, что означает худшие характеристики на больших расстояниях. [104]
Можно сказать, что эра электроники началась с изобретения вакуумного диодного клапана в 1902 году британцем Джоном Флемингом (сам придумавшим слово «электроника»), причем непосредственное применение находилось в области радио.
