Detail předmětu

Datová komunikace

FIT-IDAKAk. rok: 2010/2011

Teorie informace: Popis zdroje informace. Diskrétní sdělovací soustava. Přenos dat: Základní pojetí, data a signály, druhy přenosů, spolehlivost přenosu, kódování analogového a diskrétního signálu. Kódování snižující nadbytečnost: Prefixové kódy, Huffmanův kód, principy komprese dat. Protichybové kódování: Blokové kódy, stromové kódy, systém protichybového zabezpečení. Speciální modulace. Základy šifrování: Kryptografie a kryptoanalýza, kryptografický systém, metody klasické kryptologie. Šifrování veřejným klíčem. Zajištění bezpečnosti sítí. Šifrování v sítích. Kontrola přístupu. Autentizace uživatelů. Teorie hromadné obsluhy. Popis systému hromadné obsluhy: Charakteristiky SHO, Kendallova klasifikace a další charakteristiky SHO.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Karel Němec, CSc.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Výsledky učení předmětu

Student se seznámí podrobně se systémy přenosu dat a možnostmi realizace datové komunikace v těchto systémech. Probíraná látka je zaměřena především na kódování, jejich druhy a oblasti jejich využití. Rozsah studovaného materiálu je takový, aby student po úspěšném absolvování tohoto předmětu dokázal řešit obvyklé problémy, které se v této oblasti sdělovací techniky vyskytují.

Prerekvizity

Základy elektrotechniky a elektroniky a přenosu elektromagnetických signálů.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínkou pro udělení zápočtu je úspěšné absolvování laboratorních měření a počítačových cvičení. Povolena je 20% omluvená neúčast, která se nahradí po domluvě s vyučujícím.

Osnovy výuky

  1. Teorie informace. Zdroj informace: Množství informace, entropie, nadbytečnost. Diskrétní sdělovací soustava: Statické a dynamické vlastnosti zdroje, přenosový kanál, příjemce. Kódování: Princip realizace, význam pro přenos, příklady použití.
  2. Přenos dat. Základní pojetí a terminologie: Kmitočet, spektrum, šířka pásma,rychlost přenosu, přenosový výkon. Data a signály, druhy přenosů a jejich příklady. Poškození dat při přenosu: Vnější vlivy, vnitřní vlivy. Spolehlivost přenosu. Přenosová media.
  3. Kódování analogového a diskrétního signálu. Vysvětlení pojmu analogová data a digitální data. Čtyři možné systémy pro přenos dat: Systém digitální data a digitální signály, digitální data a analogové signály, analogová data a digitální signály a analogová data a analogové signály. Oblasti použití a realizace těchto systémů.
  4. Kódování snižující nadbytečnost. ZákladníMetody: Prefixové kódy, Huffmanův kód. Složitější metody: Komprese bitové posloupnosti, jedno a dvouřádkové kódování u systému Telefax.
  5. Protichybové kódování. Způsob modelování rušivých vlivů. Detekce a korekce chyb. Příklad dekódovací tabulky. Princip protichybového kódování. Zabezpečovací schopnost kódu. Třídění protichybových kódů.
  6. Blokové kódy. Způsoby zadávání blokových kódů: Vytvářecí a kontrolní matice, vytvářecí mnohočleny. Zabezpečení dat cyklickým kódem: Model zabezpečovacího procesu, možnosti realizace kodéru a dekodéru. Příklady blokových kódů.
  7. Stromové kódy. Třídění stromových kódů: Stromové kódy, mřížové kódy, konvoluční kódy. Způsoby zadávání konvolučních kódů: Vytvářecí mnohočleny, vytvářecí matice, zabezpečovací schopnosti kódů. Realizace kódovacího a dekódovacího procesu.
  8. Protichybové kódové zabezpečovací systémy (PKZS). Příklad vzniku PKZS. Poloha PKZS v nadřazeném přenosovém systému. Požadavky kladené na PKZS a jejich řešení. Příklady PKZS.
  9. Speciální modulace využívající principů protichybového zabezpečení. Systémy s vicestavovým fázovým klíčováním. Umělé zvyšování nadbytečnosti modulačního systému. Protichybové kódování v systému fázového klíčování.
  10. Skramblovací techniky. Nutnost zajištění rovnoměrného rozložení energie signálu. Základní skrambler. Skramblery s N čítači pro N period. Spektrální vlastnosti výstupního signálu. Skramblery a fázování. Bezpečnost přenosu při skramblování.
  11. Základy šifrování. Princip ochrany dat: Kryptografie a kryptoanalýza, kriptografický systém, šifrovací klíč, pravidla kriptologie. Metody klasické kriptologie. Šifrování veřejným klíčem.
  12. Zajištění bezpečnosti sítí. Bezpečnostní problémy počítačových sítí. Šifrování v sítích. Kontrola přístupu. Autentizace uživatelů. Ohrožení aktivními uzly. Sledování provozu. Datová integrita.
  13. Teorie hromadné obsluhy. Popis systému hromadné obsluhy (SHO): Vlastnosti, struktura, význam jednotlivých částí. Charakteristiky SHO: Kendallova klasifikace SHO, další charakteristiky SHO. Příklady využívání teorie SHO v technické praxi: Propustnost uzlů sdělovacích sítí, projektování systémů údržby.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit studenty se základy datové komunikace, prostředky pro její realizaci a podmínkami pro uskutečňování v současných i perspektivních telekomunikačních systémech.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Průběžná kontrola výuky: Na konci každého laboratorního cvičení nebo cvičení na počítačích kontroluje vyučující zpracování výsledků realizovaného zadání a bodově je ohodnotí. Získané body z laboratorních měření a počítačových cvičení (max. 30 bodů za celý semestr) jsou pak součástí bodového hodnocení u zkoušky a tedy i klasifikace.

Doporučená literatura

  • MORELOS-ZARAGOZA, Robert H. The art of error correcting coding. Chichester : John Wiley & Sons, 2002. 221 s. ISBN 04-714-9581-6.
  • BIGGS, Norman L. Codes : An introduction to information communication and cryptography. London : Springer, 2008. 273 s. ISBN 978-184-8002-722.
  • Skalar, B. Digital Communications, Fundamentals and applications, Prentice-Hall, 2003, ISBN 0-13-084788-7.
  • GITLIN, Richard D; HAYES, Jeremiah F; WEINSTEIN, Stephen B. Data communications principles. New York : Plenum Press, 1992. 733 s. ISBN 03-064-3777-5.
  • GLAVIEUX, Alain. Channel coding in communication networks : from theory to turbocodes. London : ISTE, 2007. 418 s. ISBN 19-052-0924-x.
  • MOON, Todd K. Error correction coding : mathematical methods and algorithms. Hoboken : John Wiley & Sons, 2004. 756 s. ISBN 04-716-4800-0.
  • LIN, Shu; COSTELLO, Daniel J. Error control coding : fundamentals and applications. 2nd ed. Upper Saddle River : Pearson Prentice Hall, 2004. 1260 s. ISBN 01-304-2672-5.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-BC-3 bakalářský

    obor BIT , libovolný ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Karel Němec, CSc.

Osnova

  1. Teorie informace. Zdroj informace: Množství informace, entropie, nadbytečnost. Diskrétní sdělovací soustava: Statické a dynamické vlastnosti zdroje, přenosový kanál, příjemce. Kódování: Princip realizace, význam pro přenos, příklady použití.
  2. Přenos dat. Základní pojetí a terminologie: Kmitočet, spektrum, šířka pásma,rychlost přenosu, přenosový výkon. Data a signály, druhy přenosů a jejich příklady. Poškození dat při přenosu: Vnější vlivy, vnitřní vlivy. Spolehlivost přenosu. Přenosová media.
  3. Kódování analogového a diskrétního signálu. Vysvětlení pojmu analogová data a digitální data. Čtyři možné systémy pro přenos dat: Systém digitální data a digitální signály, digitální data a analogové signály, analogová data a digitální signály a analogová data a analogové signály. Oblasti použití a realizace těchto systémů.
  4. Kódování snižující nadbytečnost. ZákladníMetody: Prefixové kódy, Huffmanův kód. Složitější metody: Komprese bitové posloupnosti, jedno a dvouřádkové kódování u systému Telefax.
  5. Protichybové kódování. Způsob modelování rušivých vlivů. Detekce a korekce chyb. Příklad dekódovací tabulky. Princip protichybového kódování. Zabezpečovací schopnost kódu. Třídění protichybových kódů.
  6. Blokové kódy. Způsoby zadávání blokových kódů: Vytvářecí a kontrolní matice, vytvářecí mnohočleny. Zabezpečení dat cyklickým kódem: Model zabezpečovacího procesu, možnosti realizace kodéru a dekodéru. Příklady blokových kódů.
  7. Stromové kódy. Třídění stromových kódů: Stromové kódy, mřížové kódy, konvoluční kódy. Způsoby zadávání konvolučních kódů: Vytvářecí mnohočleny, vytvářecí matice, zabezpečovací schopnosti kódů. Realizace kódovacího a dekódovacího procesu.
  8. Protichybové kódové zabezpečovací systémy (PKZS). Příklad vzniku PKZS. Poloha PKZS v nadřazeném přenosovém systému. Požadavky kladené na PKZS a jejich řešení. Příklady PKZS.
  9. Speciální modulace využívající principů protichybového zabezpečení. Systémy s vicestavovým fázovým klíčováním. Umělé zvyšování nadbytečnosti modulačního systému. Protichybové kódování v systému fázového klíčování.
  10. Skramblovací techniky. Nutnost zajištění rovnoměrného rozložení energie signálu. Základní skrambler. Skramblery s N čítači pro N period. Spektrální vlastnosti výstupního signálu. Skramblery a fázování. Bezpečnost přenosu při skramblování.
  11. Základy šifrování. Princip ochrany dat: Kryptografie a kryptoanalýza, kriptografický systém, šifrovací klíč, pravidla kriptologie. Metody klasické kriptologie. Šifrování veřejným klíčem.
  12. Zajištění bezpečnosti sítí. Bezpečnostní problémy počítačových sítí. Šifrování v sítích. Kontrola přístupu. Autentizace uživatelů. Ohrožení aktivními uzly. Sledování provozu. Datová integrita.
  13. Teorie hromadné obsluhy. Popis systému hromadné obsluhy (SHO): Vlastnosti, struktura, význam jednotlivých částí. Charakteristiky SHO: Kendallova klasifikace SHO, další charakteristiky SHO. Příklady využívání teorie SHO v technické praxi: Propustnost uzlů sdělovacích sítí, pr

Cvičení na počítači

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Karel Němec, CSc.

Osnova

  1. Komprese datového signálu v systémech datové komunikace.
  2. Skramblování v systémech datové komunikace.
  3. Základy šifrovacích technik v systémech datové komunikace.
  4. Systémy protichybového zabezpečení v systémech datové komunikace.
  5. Modelování vlivu přenosových charakteristik na datový signál.

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Karel Němec, CSc.

Osnova

  1. Pravděpodobnostní charakteristiky přenosu dat.
  2. Synchronní a asynchronní komunikace na dvoubodovém datovém spoji.
  3. Zabezpečení datového signálu obecným blokovým kódem.
  4. Zabezpečení datového signálu cyklickým blokovým kódem.
  5. Zabezpečení datového signálu konvolučním kódem