Средства связи доэлектрического периода
История телекоммуникаций
Первые системы передачи информации на расстояние
Передача информации на расстояние была одной из задач, решаемых человечеством с древних времен. Связанные с этим понятия телекоммуникация, связь, передача данных предполагают изучение и описание различных способов передачи информации, в основном с применением каких-либо технических средств.
Задачи передачи информации были тесно связаны с развитием транспорта, с необходимостью перемещать на расстояния грузы и людей (торговля, военное дело и пр.), с помощью гонцов можно было передавать развернутую устную и письменную информацию. Приручение голубей позволило организовать голубиную почту. Но почта в любом ее виде имела малую скорость передачи сообщений.
Для ускорения процесса передачи информации в первых известных истории телекоммуникационных системах использовались звук и свет – хорошо известные с древних времен физические явления. При этом использовались акустический резонанс, отражение света, передача сообщений посредством эстафеты (ретрансляция), использование условных сигналов (кодирование), то есть принципы, до настоящего времени применяемые в телекоммуникационных системах.
Техническими средствами при этом были барабаны, рупоры, колотушки, свистки, факелы, костры, гонги и колокола.
Звуковая сигнализация являлась средством ближней связи. Световая – использовалась для передачи сигналов на «дальние» расстояния. Так появились понятия ближней и дальней связи. При этом под дальней связью понимали передачу сообщений с использованием ретрансляции. В эллинских источниках (Эсхил, «Агамемнон», V в. до н. э.) описана передача светового сигнала о падении Трои на расстояние в 550 км через 7 ретрансляционных участков.
Звуковая сигнализация широко применялась и в средние века во время военных действий, парадов, охоты. При этом использовались различные музыкальные инструменты (горны, рога, флейты, барабаны и пр.) основанные на явлении звукового резонанса, а также различные сирены и ревуны, где звук рождается быстровращающимися предметами.
Использование звуковых и световых технических средств поставило перед человечеством проблему замены речевой информации условными сигналами, заранее известными обоим корреспондентам. Изменяя длительность и частоту повторения сигналов, высоту тона музыкальных инструментов, можно было кодировать информацию, что и делалось достаточно успешно.
Одно из первых упоминаний о звуковой военной сигнализации барабанами и бубнами в Древней Руси относится к 907 г., ко времени похода Олега на Царьград. К 988 г. относятся первые летописные упоминания о колоколах, использовавшихся как сигнальные средства в Новгороде, Полоцке, Пскове, Киеве, Москве и др. городах древней Руси.
Изобретение пороха и огнестрельного оружия позволило ввести в арсенал средств звуковой сигнализации также стрельбу из пушек, мушкетов и пр. Это дало возможность увеличить дальность передачи сообщений. Примеры такого вида передачи информации можно найти и сегодня. В Санкт-Петербурге более 300 лет пушечным выстрелом из Петропавловской крепости подается сигнал времени.
Следующей проблемой стала необходимость передачи не только условных сигналов (сигнализация), но и сообщений произвольного содержания (связь). В связи с этим стали развиваться методы передачи любой информации сочетанием ограниченного круга условных сигналов.
Одним из ранних примеров применения такого кодирования является способ сигнализации между военными укреплениями с помощью групп факелов, которые в определенной последовательности поднимались над сигнальной стеной укрепления, применявшийся в Александрии (V в. до н. э.). Система позволяла передавать буквы греческого алфавита и составлять из них сообщения.
В эллинской культуре зародился и еще один важный принцип техники связи – это использование синхронизации. Для этого применялись греческие водяные часы («клепсидры»). Синхронность работы водяных часов навела на мысль использовать это для сигнализации. Вместо часовых делений на рейках двух клепсидр могли изображаться буквы алфавита, цифры и другие знаки, расположенные в одинаковом порядке. По сигналу с передающей стороны в обоих приборах одновременно открывалось сливное отверстие. Когда на передающем приборе у края сосуда оказывался предназначенный для передачи знак, подавался еще один сигнал, и сливное отверстие обоих приборов закрывалось. Для передачи следующего знака сосуды вновь наполнялись водой, и процедура повторялась. Расстояние между приемным и передающим пунктами определялось дальностью передачи управляющих (стартового и остановочного) сигналов, которые были звуковыми или световыми.
В средние века большое развитие получила флажная сигнализация, особенно широко применявшаяся на море. В 1614 г. был составлен свод сигналов для папских галер – один из первых узаконенных кодовых сводов для флажной сигнализации. В 1694 г. на европейских флотах применялись сигнальные коды маршала Турвилля, которые были переведены и на русский язык.
В 1699 г. Петр I ввел систему «сигналопроизводства» в России. Это было описание способа подачи сигналов флагами и фонарями, выстрелами и барабанным боем. В 1710 г. был издан сборник сигналов русского флота, а в 1724 г. свод сигналов был введен в Морской устав.
В начале XIX века на флоте стали применять семафорную сигнализацию, когда слова передаются побуквенно последовательной сменой расположения двух небольших флагов в руках сигнальщика. Автором этого способа передачи сообщений считается А.Н. Бутаков (1830 г.). С 1895 г. по почину вице-адмирала С.О. Макарова этот метод связи широко распространился на русском флоте, а затем и на флотах других государств.
Еще одним способом световой сигнализации было применение ракет. Они использовалось для передачи сигналов с конца XVII века. Ракеты давали возможность значительного подъема светового сигнала над землей и одновременно заменяли и сигнальные башни, и сигнальные огни. В России начало применения ракетных средств относитсяк 1680 г.
Оптические телеграфы
Оптические телеграфы – устройства для передачи сообщений, использовавшие механические устройства и световые приборы, стали создаваться во многих странах Европы с конца XVIII века.
Английский естествоиспытатель Роберт Гук в 1684 г. предложил использовать для передачи информации деревянную раму или щит большого размера, где подвешивались различные, хорошо видимые издали геометрические фигуры, служившие закодированными сигналами. Оптические телеграфы Гука получили применение на британских островах и в английском военно-морском флоте. Этот принцип передачи сообщений в практически неизменном виде просуществовал почти целое столетие, и только к концу XVIII века возник термин «телеграф», что связывается с появлением оптической системы сигнализации Клода Шаппа.
Стрелочный оптический телеграф К. Шаппа (1791 г.) представлял собой поднятое на высоких столбах над землей подобие часового циферблата, по окружности которого были изображены хорошо различимые издали фигуры и символы. В центре циферблата была стрелка, которую оператор с земли с помощью троса поворачивал по кругу и указывал на то или иное изображение. На расстоянии прямой видимости располагался еще один щит, затем следующий и т.д.
В 1792 г. К. Шапп предложил Законодательному собранию Франции внедрить в стране семафорный оптический телеграф. Это устройство представляло собой плоскую штангу длиной около 3,5 м, которая крепилась на высокой мачте и могла поворачиваться в вертикальной плоскости и занимать различные пространственные положения. К концам штанги были прикреплены «крылья», которые также перемещались в вертикальной плоскости по командам оператора. В ночное время на концах крыльев укреплялись фонари. Штанга и крылья были видны на значительно больших расстояниях, чем циферблаты и стрелки. Сочетания различных пространственных положений штанги и крыльев образовывали различные фигуры, посредством которых кодировались определенные слова. Линия связи на основе семафорных телеграфов Шарпа была создана между Парижем и Лиллем (225 км). Передача сигнала длилась около 2 минут. С 1795 г. семафорные телеграфы К. Шаппа были использованы для передачи информации в Испании и Италии.
Телеграфные системы, незначительно отличающиеся по конструкции от систем Р. Гука, в конце XVIII века использовались в Англии (Лондон – Дувр –Портсмут), Швеции (Стокгольм – Дроттнингольм).
В последующие 30 лет оптические телеграфы получили бурное развитие. Увеличивалось и количество линий связи, и их протяженность. Телеграф стал использоваться в Америке, Пруссии, Индии, Египте и др. странах.
В России первые оптические телеграфы были применены в 1824 г. между Петербургом и Шлиссельбургом, где они проработали до 1833 г. Затем были организованы линии телеграфной связи Петербург – Ораниенбаум – Кронштадт, Петербург – Царское Село – Гатчина и самая протяженная линия связи Петербург – Варшава, имевшая 149 ретрансляционных участков. Использовались устройства ученика и последователя К. Шаппа – П. Шато. Системы П. Шато просуществовали в России до 1854 г., пока не были заменены электрическими.