Наиболее распространенная среда передачи цифровой информации - электрический кабель. Простота, низкая стоимость и отработанная техническая база делают кабель наиболее удобным носителем для передачи информации на ограниченные расстояния. Оптический кабель экономически эффективен при передаче больших объемов информации на значительные расстояния в условиях помех. Если кабельное оборудование использовать невозможно из-за его удаленности или подвижности, то в качестве среды передачи можно использовать радиоволны.

Основным параметром, характеризующим канал связи, является его пропускная способность - количество информации, которое можно передать за единицу времени. Она тесно связана с полосой пропускания, которая определяется как диапазон частот, которые канал способен передавать с затуханием менее чем 3 дБ (что соответствует 50 % уровня мощности). Обычная телефонная линия имеет полосу пропускания 3,1 кГц, типичная полоса пропускания телевизионного канала - 5,5 МГц.

Важным фактором, отрицательно влияющим на связь, являются помехи (шум). Связь между максимальной пропускной способностью канала R_макс и отношением средних мощностей исходного сигнала и шума S/N выражается формулой Шеннона:

Rмакс = W log₂(1+SN).

Наиболее распространенные типы электрических проводников, используемых для связи, - это витая пара и коаксиальный кабель. Витая пара более чувствительна к электромагнитному шуму, полоса ее пропускания ограничена несколькими мегагерцами. Однако благодаря своей простоте и низкой стоимости она часто применяется в качестве среды передачи. Экранированная витая пара состоит из двух пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Она хорошо защищает от внешних помех, но удорожает кабель и усложняет его прокладку, так как требует выполнения качественного заземления.

Коаксиальный кабель обеспечивает большую устойчивость к помехам и имеет пропускную способность до 500 МГц. Он обычно применяется для передачи на большие расстояния нескольких сигналов.

В последнее время в качестве среды передачи все чаще используется оптический кабель. Волоконно-оптические кабели состоят из центрального проводника (сердцевины) - стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла - оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающего слоя оболочки, как от зеркала. Такое полное внутреннее отражение близко к идеальному, благодаря чему свет может распространяться на значительные расстояния с минимальными потерями.

В зависимости от профиля распределения показателя преломления от центра к периферии и от величины диаметра сердечника различают:

- многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления. Оно имеет резкую границу между сердцевиной и оболочкой и большое затухание (порядка 2,5 дБ/км). Показателя преломления всего два: в сердцевине и в оболочке. Свет источника состоит из волн различной длины, которые при распространении по волокну проходят различный путь. В результате передаваемый импульс по мере прохождения по волокну «размывается» и ослабляется. Это приводит к фактическому слиянию следующих друг за другом импульсов, что ограничивает частоту передачи при увеличении длины линии. Так, например, для типового волокна этот предел равен 15 МГц∙км, что означает: видеосигнал с частотой 5 МГц может быть передан не более чем на 3 км;

- многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления. В нем обеспечиваются различные показатели преломления в сердцевине кабеля: от максимального в середине до минимального на периферии. Это приводит к двум следствиям: 1) свет проходит по слегка изгибающемуся пути и 2) задержки распространения различных мод минимальны. Это объяснятся тем, что высокие моды, входящие в волокно под большим углом и проходящие больший путь, распространяются с большей скоростью по мере их удаления от центра. Низкие моды, распространяющиеся вблизи сердцевины и проходящие меньший путь, распространяются с меньшей скоростью. Увеличение скорости компенсирует больший путь. Затухание в многомодовых линиях с градиентным изменением показателя преломления порядка 0,8 дБ/км и система наиболее эффективна при передаче на большие расстояния;

-  одномодовое волокно имеет толщину сердечника порядка 8 мкм (т.е. она сопоставима с длиной волны) и поэтому допускает передачу только на одной длине волны; оно имеет затухание порядка 0,4 дб/км.

В многомодовых наиболее употребительны размеры 62,5/125 мкм и 50/125 мкм (внутренний диаметр/внешний диаметр).

В качестве источников излучения применяются светодиоды (выходная мощность до 0,1 мВт, ширина полосы пропускания 30-80 нм, максимальная скорость передачи - 8 Мбит/с) и полупроводниковые лазеры (выходная мощность до 10 мВт, ширина полосы пропускания 5 нм; скорость передачи до 10 Гбит/с). Для практического применения установлены три рабочих диапазона оптоволоконной связи при длине волны 850-900, 1300 и 1550 нм.

Волоконно-оптические кабели обладают отличными электромагнитными и механическими характеристиками, имеют малое затухание сигнала, однако их серьезный недостаток - сложность соединения волокон с разъемами и между собой при необходимости наращивать длину кабеля.

Еще одним физическим носителем для передачи данных являются радиоволны. Это реальная альтернатива в тех случаях, когда нельзя установить проводное соединение. Радиоканалы работают на частотах от 100 кГц до 100 МГц.

Контрольные вопросы:

1 Назначение многоуровневой распределенной системы управления (РСУ).

2 Уровни РСУ и их основные элементы.

3 В чем заключается основной проблема передачи данных?

4 Как могут быть представлены средства сетевого взаимодействия ?

5 Суть эталонной модели взаимодействия открытых систем (ВОС) и практическая цель модели ВОС.

6 Охарактеризуйте семь функциональных уровней, определенных в модели ВОС.

7 Основная особенность физического уровня модели ВОС.

8 Три основные структуры сетевого обмена, используемые в АСУТП.

9 Охарактеризуйте среды передачи информации.

10 Основной параметр, характеризующий канал связи.