Имитация тактильных ощущений

Имитация тактильных или осязательных ощущений уже нашла свое применение в системах виртуальной реальности. Это так называемые устройства с обратной связью. Применяются для решения задач виртуального прототипирования и эргономического проектирования, создания различных тренажеров, медицинских тренажеров, дистанционном управлении роботами, в том числе микро и нано, системах создания виртуальных скульптур.

Управление

С целью наиболее точного воссоздания контакта пользователя с окружением, применяются интерфейсы пользователя, наиболее реалистично соответствующие моделируемым: компьютерный руль с педалями, рукояти управления устройствами, целеуказатель в виде пистолета и т. д.

Для бесконтактного управления объектами используются как перчатки виртуальной реальности, так и отслеживание перемещений рук, осуществляемое с помощью видеокамер. Последнее обычно реализуется в небольшой зоне и не требует от пользователя дополнительного оборудования.

Перчатки виртуальной реальности могут быть составной частью костюма виртуальной реальности, отслеживающего изменение положения всего тела и передающего также тактильные, температурные и вибрационные ощущения.

Устройство для отслеживания перемещений пользователя может представлять собой свободно вращаемый шар, в который помещают пользователя или осуществляться лишь с помощью подвешенного в воздухе или погружённого в жидкость костюма виртуальной реальности. Также разрабатываются технические средства для моделирования запахов.[7]

Прямое подключение к нервной системе [править]

Описанные выше устройства воздействуют на органы чувств человека, но данные могут передаваться и непосредственно нервным окончаниям, и даже напрямую в головной мозг посредством мозговых интерфейсов[8][9]. Подобная технология применяется в медицине для замены утраченных чувствительных способностей[8], но пока она слишком дорога для повседневного применения и не достигает качества передачи данных, приемлемого для передачи виртуальной реальности.

 

 

Принципы дистанционной передачи информации с помощью телефонной сети и спутниковой связи.

Телефонная связь – самый распространённый вид оперативно-управленческой связи.

Официально появилась 14 февраля 1876 г., когда Александр Белл (США) запатентовал изобретение первого телефонного аппарата.

Диапазон передаваемых звуковых сигналов по отечественным телефонным каналам составляет полосу частот 300 Гц–3,4 кГц.

Автоматическая телефонная связь образуется с помощью узлов коммутации, роль которых выполняют автоматические телефонные станции (АТС), и соединяющих эти узлы каналов (линий) связи.

В совокупности с абонентскими линиями (телефонная линия от абонента к ближайшей АТС) она составляет телефонную сеть. Телефонная сеть имеет иерархическую структуру – оконечные (внутриучрежденческие, местные, районные и т.п.), городские, региональные (областные, краевые, республиканские), государственные и международные АТС. АТС соединяются между собой с помощью соединительных линий.

Телефонная станция (АТС) – здание с комплексом технических средств, предназначенных для коммутации телефонных каналов.

На АТС производится соединение телефонных каналов абонентов на время их переговоров, а затем, по окончании пере-говоров, их разъединение. Современные ТС являются автоматическими техническими устройствами (в том числе – компьютерными).

Учрежденческие АТС, как правило, обеспечивают не только внутреннюю связь подразделений между собой с возможностью выхода во внешние сети, но и различные виды производственной связи (диспетчерскую, технологическую, громкоговорящую и директорскую) для связи директора с подчинёнными, проведения совещаний и конференций, а также функционирование систем охранной и пожарной сигнализации.

Особенность современных АТС заключается в возможности использования компьютерных техники и технологии; организации соединения с радиотелефонами и пейджерами. В учреждениях для преодоления высоких уровней электромагнитных полей и перегородок используются радиотелефоны, образующие инфракрасные каналы связи.

 

Спутниковая связь

Она образуется между специальными наземными станциями спутниковой связи и спутником с антеннами и приёмо-передающим оборудованием.

Она используется с целью циркулярного информационного обеспечения большого числа абонентов, как система широкополосного вещания (телевидение, звуковое вещание, передача газет), для организации виртуальных магистральных линий связи большой протяженности и др. Спутниковая связь позволяет охватить территории со слабо развитой инфраструктурой связи, расширить сферу и набор услуг, в т.ч. мультимедийных, радионавигационных и др.

Спутники располагаются на одной из трех орбит.

Спутник, использующий геостационарную орбиту (англ. «GeostationaryEarthOrbit», GEO), находится на высоте 36 тыс. км от Земли, и является неподвижным для наблюдателя. Он охватывает значительные области (территории) планеты.

Средние орбиты (англ. «MeanEarthOrbit», MEO) обитания спутников характеризуются высотой 5–15 тыс. км, а на низких орбитах (англ. «LowEarthOrbit», LEO) высота размещения спутников не превышает 1,5 тыс. км. В этом случае они охватывают небольшие, локальные территории.

Станции спутниковой связи делятся на: стационарные, переносные (перевозимые) и портативные.

 

 

Технические средства передачи информации: модемы, 3g модемы, факс-модемы, принцип работы модемов, протоколы. Международные стандарты модемов

Модем (акроним, составленный из слов модулятор и демодулятор) — устройство, применяющееся в системах связи для физического сопряжения информационного сигнала со средой его распространения, где он не может существовать без адаптации (то есть переносе его на несущую с модуляцией), и выполняющее функцию модуляции и демодуляции этого сигнала (чаще всего в речевом диапазоне).

Типы компьютерных модемов: По исполнению:

внешние — подключаются через COM или LPT[1], USB порт или стандартный разъем в сетевой карте RJ-45, обычно имеют отдельный блок питания (существуют и USB-модемы с питанием от шины USB).

внутренние — дополнительно устанавливаются внутрь аппарата (в слот ISA, PCI, PCI-E, PCMCIA, AMR, CNR) встроенные — являются частью аппарата, куда встроены (например ноутбука или док-станции).

 

По принципу работы:

· аппаратные — все операции преобразования сигнала, поддержка физических протоколов обмена, производятся встроенным в модем вычислителем (например с использованием Цифровой сигнальный процессор DSP, микроконтроллер контроллера). Так же в аппаратном модеме присутствует Постоянное запоминающее устройство ПЗУ, в котором записана микропрограмма, управляющая модемом.

· программные (софт-модемы, Hostbasedsoft-modem) — все операции по кодированию сигнала, проверке на ошибки и управление протоколами реализованы программно и производятся центральным процессором компьютера. В модеме находится только входные аналоговые цепи и преобразователи (ЦАП и АЦП), также контроллер интерфейса (например USB).

· полупрограммные (Controllerbasedsoft-modem) — модемы, в которых часть функций модема выполняет компьютер, к которому подключён модем.

По виду соединения:

· Модемы для коммутируемых телефонных линий — наиболее распространённый тип модемов

· ISDN — модемы для цифровых коммутируемых телефонных линий

· xDSL DSL — используются для организации выделенных (некоммутируемых) линий используя обычную телефонную сеть. Отличаются от коммутируемых модемов тем, что используют другой частотный диапазон, а также тем, что по телефонным линиям сигнал передается только доАвтоматическая телефонная станция АТС. Обычно позволяют одновременно с обменом данными осуществлять использование телефонной линии в обычном порядке.

· Кабельный модем Кабельные — используются для обмена данными по специализированным кабелям — к примеру, через кабель кабельное телевидение коллективного телевидения по протоколу DOCSIS.

· Радио — работают в радиодиапазоне, используют собственные наборы частот и протоколы.

· Сотовые — работают по протоколам сотовой связи — GPRS, EDGE, и т. п. Часто имеют исполнения в виде USB-брелка. В качестве таких модемов также часто используют GSM терминал терминалы мобильной связи.

· Спутниковые — используются для организации Спутниковый интернет спутникового интернета. Принимают и обрабатывают сигнал полученный со спутника.

· PowerLineCommunications PLS — используют технологию передачи данных по проводам бытовой электрической сети.

 

Наиболее распространены в настоящее время:

· внутренний программный модем

· внешний аппаратный модем

· встроенные в ноутбуки модемы.

 

Сотовые модемы

Модемы для сотовых систем связи отличаются компактностью исполнения и поддержкой специальных протоколов модуляции и исправления ошибок, позволяющих эффективно передавать данные в условиях сотовых каналов с высоким уровнем помех и постоянно изменяющимися параметрами. Среди таких протоколов выделяются ZyCELL, MNP10.

В настоящее время в мире существует большое количество стандартов на сотовые сети связи. Все их можно разделить на две большие группы: аналоговые и цифровые. К аналоговым относятся сети типа AMPS (США), NMT (Северная Европа), HCMTS (Япония), С-450 (Германия), TACS (Англия), ETACS (Англия), RTMS-101H (Италия), Radiocom-2000 Франция). Основными цифровыми стандартами на сотовые сети являются GSM (Европа), ADC или D-AMPS (США), CDMA (США), JDC и PHS (Япония).

 

 

Модемные протоколы коррекции ошибок. Принципы и протоколы коррекции ошибок.

Принципы коррекции ошибок

Не вдаваясь глубоко в теорию кодирования и помехозащищенности передачи информации, можно лишь констатировать, что: избыточность - единственный реальный базис обнаружения и коррекции ошибок. Избыточность в широком смысле. Она может быть "последовательной", в случаях применения любого из методов кодирования, т.е. передача дополнительной по отношению к "полезной" информации. Либо "параллельной", в случаях как использования параллельных каналов связи (возможно, различной физической природы), так и применения информационной обратной связи, т.е. возврат (используя дуплексный канал) принятой информации для анализа передатчиком ее правильности. Применение кодирования с решающей обратной связью - это пример комбинированной, "последовательно-параллельной" избыточности.

Степень избыточности определяет глубину и надежность обнаружения ошибок. Представляется очевидным, что чем больше дополнительной информации будет передано, тем большее количество ошибок и с большей достоверностью может быть обнаружено и даже, возможно, исправлено. Но, в то же время, тем меньше доля полезной информации в общем потоке данных и - тем меньше эффективная скорость приема/передачи и, в конечном счете, пропускная способность канала. Выбор процедуры коррекции ошибок, таким образом, можно рассматривать как оптимизационную задачу, критерием которой является минимизация накладных расходов при заданной надежности приема/передачи информации.

Фактор "стоимость трафика" заставляет с большой осторожностью относиться к таким методам коррекции ошибок, как многократное дублирование передаваемой информации с мажоритарным выбором или применение информационной обратной связи. Объем передаваемой информации в первом случае возрастает как минимум втрое, а то и более. Во втором случае, гонять одну и ту же информацию в полном объеме в обе стороны только для обнаружения факта наличия ошибки с последующим повтором представляется также излишне расточительным.

Разумным компромиссом было сочтено применение циклического помехозащищенного кодирования с решающей обратной связью. Суть этого метода состоит в следующем. Вся "полезная" информация разбивается на "порции" - кадры. Передача каждого кадра завершается передачей специальной контрольной последовательности кадра, подсчитанной по некоему, заранее определенному алгоритму. Этот рекуррентный алгоритм в процессе выдачи кадра модифицирует контрольную последовательность с помощью очередного выдаваемого байта. Удаленная сторона, принимая кадр, также подсчитывает контрольную последовательность по известному алгоритму. По окончании приема кадра производится сравнение подсчитанной контрольной последовательности с принятым в конце кадра ее значением. По результатам сравнения приемник решает гамлетовский вопрос: быть ли данному кадру, или его следует повторить. Результат решения этого вопроса приемник сообщает передатчику посредством некоей "квитанции". Отсюда другое название этого метода: метод автоматического повтора запроса (ARQ, AutomaticRepeatreQuest).

Основная ответственность за надежность обнаружения ошибок при этом методе лежит на алгоритме вычисления контрольной последовательности кадра. Здесь используется аппарат циклического избыточного контроля (CRC, CyclicRedundancyCheck). Циклическое кодирование базируется на математической теории групп, алгебре многочленов и теории колец. Оставив для другого раза теоретические основы циклического кодирования, стоит отметить его свойства, обусловившие выбор циклических кодов.

Другое немаловажное свойство - простота кодирования: рекуррентный характер алгоритма при минимальном расходе вычислительных ресурсов. Причем, существуют по крайней мере два алгоритма, дающих идентичный результат. Один - битовый, модификация результата в котором производится по каждому биту. Его удобно реализовывать на аппаратном уровне с помощью сдвигового регистра. Другой - байтово-табличный, в котором модификация результата производится после приема/передачи целого байта. Этот алгоритм больше подходит для реализации на программном уровне, поскольку требует некоторого объема памяти для хранения таблиц.

Данные принципы циклического помехозащищенного кодирования с решающей обратной связью положены в основу.всех аппаратных и программных реализации наиболее широко распространенных протоколов коррекции ошибок MNP2/MNP3 и V.42ITU-T.

Протоколы коррекции ошибок

Строго говоря, противопоставление протокола. V.42ITU-TиМNР (theMicrocomNetworkingProtocol) невполнекорректно.Дело в том, что Рекомендация V.42ITU-T - единый стандарт (по традиции называемый "Рекомендация"), описывающий все рассматриваемые протоколы коррекции ошибок. То, что в обиходе называется МNР2 и МNРЗ, есть соответственно байт-ориентированный и бит-ориентированный режимы протокола, описанного в Дополнении А к РекомендацииV.42, а то, что называется протоколом V.42, - протокол, описанный в основной части Рекомендации. Однако исторически сложилось так, что появление протоколов фирмы Microcom предшествовало выходу "Синей Книги" ITU-T с Рекомендацией V42. Поэтому в дальнейшем применяется сложившаяся терминология, которая хоть и не вполне корректна, зато проста и компактна.

То, что по недоразумению называют протоколом МNР4, протоколом на самом деле не является. Это не более, чем модифицированная реализация протоколов МNР2 и МNРЗ. Протокол коррекции ошибок определяет формат кадра, перечень допустимых типов кадров, логическую структуру кадра каждого типа и собственно протокол, т.е. порядок установки режима коррекции ошибок, выхода из режима и допустимого чередования кадров.

MNP (Microcom Network Protocol) - серия наиболее распространенных аппаратных протоколов, впервые реализованная на модемах фирмы Microcom. Эти протоколы обеспечивают автоматическую коррекцию ошибок и компрессию передаваемых данных.

MNP-модем обеспечивает следующие режимы передачи данных:

Стандартный режим. Обеспечивает буферизацию данных, что позволяет работать с различными скоростями передачи данных между компьютером и модемом и между двумя модемами. В результате для повышения эффективности передачи данных вы можете установить скорость обмена компьютер-модем выше, чем модем-модем. В стандартном режиме работы модем не выполняет аппаратной коррекции ошибок.

 

Причины появления сетей ЭВМ, компоненты и области применения сетей.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий. Существуют локальные сети, узлы которых разнесены на расстояния более 12 500 км (это могут быть космические станции и орбитальные центры). Несмотря на такие расстояния, подобные сети всё равно относят к локальным.

ЛВС применяются для:

1. Распределения данных. В локальной сети данные хранятся на центральном ПК и могут быть доступны на рабочих станциях;

2. Распределения программ. Программы, установленные на центральном компьютере, могут быть доступны для всех пользователей локальной сети;

3. Распределения ресурсов. Периферийные устройства (например, принтер или сканер) могут быть доступны для всех пользователей ЛВС.

Локальные сети предназначены в основном для обеспечения доступа к общесетевым ресурсам (это могут быть программные, информационные и аппаратные ресурсы), а так же для оперативной связи и обмена информацией между пользователями покрытых сетью рабочих станций.

Выделяют две основные сферы использования ЛВС:

1. Автоматизация информационно-учрежденческого дела (сети для школ, больниц и т.д.);

2. Управление промышленными процессами (сети сложных транспортных средств, автоматизации научных экспериментов, тренажеров и т.д.).

Для локальных сетей второго типа, как правило, требуется обеспечить гарантированное время доставки сообщений, а для локальных сетей первого типа таких строгих требований нет.

 

Топология - это конфигурация сети, способ соединения элементов сети (то есть компьютеров) друг с другом. Чаще всего встречаются три способа объединения компьютеров в локальную сеть: "звезда", "общая шина" и "кольцо".

Соединение типа "звезда". Каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией "звезда", при этом конфигурация сети получается разветвленной.

Соединение "общая шина". Все компьютеры сети подключаются к одному кабелю; этот кабель используется совместно всеми рабочими станциями по очереди. При таком типе соединения все сообщения, посылаемые каждым отдельным компьютером, принимаются всеми остальными компьютерами в сети.

Соединение типа "кольцо". Данные передаются от одного компьютера к другому; при этом если один компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, то он передает их дальше (по кольцу).

 

 

СетиEthernet.

Интернет — всемирная система объединённых компьютерных сетей, построенная на использовании протокола IP и маршрутизации пакетов данных. Интернет образует глобальное информационное пространство, служит физической основой для Всемирной паутины (World Wide Web (WWW) и множества других систем (протоколов) передачи данных. Часто упоминается как Всемирная сеть и Глобальная сеть.

В 1957 году Министерство обороны США посчитало, что на случай войны Америке нужна надёжная система передачи информации. Агентство передовых оборонных исследовательских проектов США (DARPA) предложило разработать для этого компьютерную сеть. Разработка такой сети была поручена Калифорнийскому университету в Лос-Анджелесе, Стэндфордскому исследовательскому центру, Университету Юты и Университету штата Калифорния в Санта-Барбаре. Компьютерная сеть была названа ARPANET (англ. Advanced Research Projects Agency Network), и в 1969 году в рамках проекта сеть объединила четыре указанных научных учреждения. Все работы финансировались Министерством обороны США. Затем сеть ARPANET начала активно расти и развиваться, её начали использовать учёные из разных областей науки.

На 2011 год число пользователей регулярно использующих интернет, составило около 2,3 млрд. человек.