Проектирование средств организации каналов передачи данных


	Загрузить архив:
	Файл: ups.zip (10kb [zip], Скачиваний: 56) скачать

_21.ВВЕДЕНИЕ

Развитие вычислительныхсетей потребовало передачи при межмашин-

ном обмене данными больших объемов цифровой информации с высокойско-

ростью и верностью.

Именно поэтому возникла проблема проектирования средств организа-

ции каналов передачи данных эффективно использующих пропускную способ-

ность существующих непрерывных каналов электросвязи и базирующихсяна

современной технике и технологии цифровых интегральных схем.

Базовые функциипо согласованию источников и приемников данных с

непрерывными частотно-ограниченнымиканаламивозложена на 1устройства

1преобразования сигналов0 (УПС) , которые в значительной мере определяют

такие характеристики цифровых каналов ,как скорость и верность. Поэ-

тому разработка УПС , обеспечивающих требуемые информационные характе-

ристики систем передачи сигналов данных между территориально удаленны-

ми оконечными пунктами , является одной из актуальных задач , входящих

в комплекс проблем технического обеспечения межмашинного обмена инфор-

мацией в вычислительных сетях.

_22.УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ

Основной задачейсоздания УПС было сделать такой "переводчик" ,

который позволил бы преобразовывать 1цифровой0 сигнал ,более понятный

ЭВМ или терминалу ,в используемый в телеграфных , телефонных и неко-

торых других каналах связи 1аналоговый0 сигнал.

Когда устройства ООД (1Оконечное Оборудование Данных0-им может

быть ЭВМ, терминал и пр.) обмениваются данными друг с другом с исполь-

зованием, например,телефонной линии , сигнал должен приспособиться к

ориентированному на речь аналоговому миру. Однако устройства ООД взаи-

модействуют посредством цифровых (1дискретных0) сигналов. Форма цифрово-

го сигнала существенно отличается от формы аналогового сигнала. Сходс-

тво состоит в том ,что сигнал непрерывен ,повторяет самого себяи

периодичен ,но оночень отличается тем,что дискретен - изменения

состояния (уровня электрического напряжения) очень резкие. ЭВМ и тер-

миналы используют цифровые ,двоичные формы , поскольку полупроводни-

ковые транзисторы в своей основе - дискретные приборы с двумя состоя-

ниями.

Цифровая передачареализована в настоящее время во многих систе-

мах , к примеру - в 1локальных сетях0 , где машины не удалены на большое

расстояние, и есть возможность связать их общей шиной. Также она широ-

ко используется при непосредственной связимеждукомпьютерами через

асинхронные порты (так называемые 1нуль-модемы0). Цифровая передача име-

ет рядявных преимуществ по сравнению с аналоговыми системами связи.

Однако аналоговые каналы все еще доминируют в местных системах подклю-

чения устройств ООД к каналам телефонных служб.

Различают несколько типов УПС :

-3 Устройства преобразования сигналов телеграфного типа;

-3 Устройства преобразования сигналов низкого уровня;

-3 Модемы;

-3 Автовызывные устройства (АВУ),

а также, возможно, некоторые другие, специфические, устройства.

В реферате более подробно рассмотрены наиболее известные и часто

используемые из них -1 модемы0,а также1автовызывные устройства0,как

возможное (ивесьма ценное) дополнение (а для самых современных моде-

мов - неотъемлемая часть)

_23.МОДЕМ

В последнее время модемы становятся неотъемлемой частью компьюте-

ра. Установивмодемна свой компьютер , вы фактически открываете для

себя новый мир. Ваш компьютер превращается из обособленного компьютера

в звено глобальной сети.

Модем позволит вам,не выходя из дома,получить доступ кбазам

данных, которые могут быть удалены от вас на многие тысячи километров,

разместить сообщение на 1BBS0 (электронной доске обьявлений),доступной

другим пользователям, скопировать с той же BBS интересующие вас файлы,

интегрировать домашний компьютер в сеть вашего офиса,приэтом(не

считая низкой скорости обмена данными) создается полное ощущение рабо-

ты в сети офиса. Кроме того, воспользовавшись глобальными сетями (1Rel0-

1Com, FidoNet0)можно принимать и посылать электронные письма не только

внутри города , но фактически в любой конецземногошара. Глобальные

сети дают возможность не только обмениваться почтой, но и участвовать

во всевозможных конференциях ,получать новости практически полюбой

интересующей вас тематике.

Модем (1модулятор-демодулятор0) является устройством, преобразующим

последовательные цифровыесигналыв аналоговыесигналы и наоборот.

Иначе говоря, модем обеспечивает цифровой/аналоговый интерфейс, позво-

ляющий двумустройствам общаться друг с другом посредством телефонной

сети. Он изменяет либо1 амплитуду0 , либо 1частоту 0или 1фазу 0, чтобы пред-

ставить цифровые данные в виде аналоговых сигналов.

Чтобы быть точным , определение 1модуляции0 таково: это 1модификация

1частоты для представления данных0.Эта частота называется 1несущей час-

1тотой0. Данные , которые модулируют несущую (то есть данные , передава-

емые терминалом или ЭВМ) называются1 модулирующим сигналом0. Термин "мо-

дулирующий" относится обычно к немодулированному сигналу.

Модем видоизменяет сигнал несущей (амплитуду,частоту, или фазу)

для того , чтобы он мог нести модулирующий сигнал.

Модем с амплитудной модуляцией (1АМ-модем0) меняет амплитуду своей

несущей в соответствии с последовательностью битов ,которыедолжны

быть переданы. Обычно более высокая амплитуда представляет ноль, а бо-

лее низкая - единицу. Более распространенный модем - это 1ЧМ-модем0 (мо-

дем с частотной модуляцией ).Здесь амплитуда сохраняется постоянной, а

меняется частота.Двоичная единица представлена однойчастотой,а

двоичный ноль- другой частотой.Еще один тип модемов - это 1ФМ-модем

(модем с фазовой модуляцией).Этот модем ,для того , чтобы предста-

вить изменение с 1 на 0 или с 0 на 1, резко меняет фазу сигнала.

Модем имеет два интерфейса (рис.1):

- Интерфейс между АПД и аналоговой линией;

- Многопроводный цифровой интерфейс между АПД и ООД.

_1Рис.1.0 | ░▒▓

|-----------Сеть-----------░▒▓

┌──────────┬───┐ 4 Интерфейсный 0 |┌───────────┐ ░▒▓

│ | │ 5 кабель 0 |│ │ ░▒▓

│ | С │ V.24/V.28 ┌┬ ┬┤ │4 Аналоговая0 ░▒▓

│ _ ЭВМ .| ├==================┤├ ││_ Модем . ├──────────────░▒▓

│ | К │ └┴ ┴┤ │ 5 цепь0 ░▒▓

│ | │ 4 Цепи 0 |│ │ ░▒▓

└──────────┴───┘ 5 обмена 0 |└───────────┘ ░▒▓

2ООД 0 | 2 АПД0 ░▒▓

4Связной0 | ░▒▓

5контроллер0

1. 1Организации по стандартизации используют общепринятые аббревиату-

1ры АПД (DCE) для модема и ООД (DTE) для ЭВМ, терминала или любого дру-

1гого устройства отображения , подключенного к модему.

2. 1В обозначенияхорганизаций по стандартам каждый проводник в мно-

1гопроводном цифровом интерфейсе называется "цепью обмена". "Цепь обме-

1на" используется для передачи данных , управления и синхронизации.

Работу модема можно легче представить ,если рассматривать моду-

лятор идемодулятор , составляющие в модеме одно целое , в виде от-

дельных устройств. Будемрассматриватьшироко известноеипростое

1двухпроводное соединение0 ( также существует14-проводное соединение0 -

этот тип соединения используют ,например, на АТС ).

При подключениимодема к двухпроводной линии необходимо два про-

вода подключить сразуи к линейному выходу модема (модулятору), ик

линейному входу (демодулятору). Они подключаются не параллельно, а че-

рез 1гибридный трансформатор0 (рис.2). В идеальном гибридном трансформа-

торе аналоговыесигналы из модуляторапроходят через трансформатор в

двухпроводную линию ,а аналоговые сигналы излинии проходятчерез

трансформатор в демодулятор. Однако в реальном гибридном трансформато-

ре возникает обратная связь в форме слабых аналоговых сигналов отмо-

дулятора к демодулятору. Гибридный трансформатор является частью моде-

ма. Два провода выводятся наружу ввидедвухконтактнойколодки или

двухжильного шнураи могут быть подключены непосредственно к телефон-

ной розетке.

_1Рис.2

┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐

┌─────┐ 4передача0| ┌──────┐ ┌─────────┐|

| ├─────────┼──┤ мод. │----│-▒ │ │|

|С │ 5 данных 0| └──────┘----│-▒│ ▒-│------- 42-проводная

| │ | (*) │ │ ▒ │|5линия

|К │ 4 прием 0 | ┌──────┐----│-▒│ ▒-│-------

| ├────────┼───┤демод.│----│-▒│ │|

└─────┘ 5 данных 0| └──────┘ └─────────┘|

| Гибридный | (*) -1 Нежелательная

| трансформатор | 1 обратная

└ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┘ 1 связь.

_24.ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБОРУДОВАНИИ

_4.1. Каналы

Простейшей сетью , в которой используются модемы , является двух-

точечный канал ,в котором два модема соединены с помощью одной линии

связи. В примере (рис.3) "канал" соединяет ООД-ЭВМ с ООД-терминалом, в

то время ,как "линия" соединяет АПД-модем с другим АПД-модемом. Поэ-

тому "канал" состоит из "линии" и двух модемов.

_1Рис.3.0 |--------------Сеть---------------|

| | _4Терминал

┌─────┬───┐ |┌───────┐ ┌───────┐| ┌───┬─────┐

│ | С │ ┌┤ │ 4Аналоговая цепь0 │ ├┐ │ С | │

│ _ЭВМ. | ├──────┤│ _Модем. ├───────/ /───────┤ _Модем. │├─────┤ | _ Т . │

│ | К │ └┤ │ │ ├┘ │ К | │

└─────┴───┘ |└───────┘4 Двухточечная 0 └───────┘| └───┴─────┘

2ООД 0 | 2 АПД 0 5 линия0 2 АПД 0| 2 ООД

| |

При выборе модема важное значение имеет тип связи ,обеспечивае-

мый комбинацией модема с линией. Дуплексный канал позволяет передавать

одновременно последовательные данные в обоих направлениях, в то время,

как полудуплексный - в каждыймомент временитолько в одном из двух.

Существует также симплексный канал, где данные передаются всегда толь-

ко в одном направлении.Передаваться могут отдельныезнаки, блоки

данных или последовательности битов/знаков , используемые в протоколах

канала данных.

При скоростях передачи до 20 Кбит/с большинство модемов использу-

ютинтерфейс V.24/V.28 МККТТ (или , аналогичный, RS-232-C )осущест-

вляемый спомощью 25-контактного гнездового разъема на задней стенке

модема. При скоростях передачи от 48 до 168 Кбит/с требуются широкопо-

лосные модемы, которые используют интерфейс V.35 МККТТ, осуществляемый

с помощью 34-контактного разъема на задней стенке модема.

_4.2. О синхронизации

При скоростях передачи до 20 Кбит/с используются три основных ти-

па модемов:

-3 Асинхронный модем 0(только для асинхронной передачи).

Эти модемыявляются низкоскоростнымииработают врежиме

асинхронной стартстопной позначной передачи.Они не генерируют сигна-

лов синхронизации. Кстати , это именно те модемы которыемы привыкли

видеть возлесвоих PC , ведь все COM-порты персональных компьютеров,

отвечающие стандарту RS-232-C , асинхронные.

-3 Синхронные модемы 0(для синхронной передачи).

Эти модемы работают в режиме синхроннойблоковойпередачи и

генерируют сигналысинхронизации.Чаще используются на больших маши-

нах.

-3 Асинхронно-синхронныемодемы 0(для асинхронной и синхронной пе-

редачи).

Эти синхронныемодемы при использовании специальных форматов

знаков могут работать в режиме асинхронной стартстопной передачидан-

ных. Общее число бит в стартстопном знаке должно быть от 8 до 11.Модем

удаляет стартстопные биты перед передачей и восстанавливаетих после

приема. Модемыэтоготипа генерируютсигналы синхронизации и имеют

встроенный 1асинхронно-синхронный преобразователь0.

Асинхронные модемы могут работать с любойскоростью передачив

пределах установленныхдляних скоростей.Синхронный и асинхронно-

-синхронный модемымогут работать только с фиксированнымискоростями

передачи.

_4.3. Модемы с коррекцией ошибок.

Чтобы избежатьошибок ,возникающих вследствие шумов в линии ,

используются:

- асинхронные модемы для двухточечной связи , которые обеспечива-

ют отдельныйасинхронный каналс коррекцией ошибок.Они используют

протокол типа ARQ и хранят в буферной памяти переданные данные до тех

пор ,пока не получат подтверждение или запрос на повторную передачу

от принимающего модема.

- синхронныемодемы , работающие со скоростями от 9600 до 19200

бит/с ,использующие "1перекрестную модуляцию0"дляпрямой коррекции

ошибок синхронных данных.Эта модуляция основана на использовании за-

щитной системы чередующихся (перекрестных) избыточных кодов впотоке

передаваемой информации . Избыточные коды позволяют приемному устройс-

тву выбрать те данные ,которые наиболее точно соответствуют передан-

ным оригиналам.

_4.4. Устройства сжатия данных

Имеющиеся устройства сжатия данныхвыполнены ввидеотдельных

блоков или встроены в синхронные модемы. Они используют адаптивные ал-

горитмы для сжатия данных перед передачей и восстановления после прие-

ма. Они могут работать с байт-ориентированными или с бит-ориентирован-

ными синхронными протоколами или с асинхронными данными. Степень сжа-

тия лежит в пределах от 1/2 до 1/3.Например , 19200 бит/с могут быть

посланы (или приняты) модемом , работающим со скоростью 9600 бит/с.

_4.5. Автовызывные устройства

Ручной метод установки соединения при передаче данных через теле-

фонную сеть общего пользования заключается в том , что первый абонент

вручную набирает номер телефона второго человека.Он, в свою очередь,

отвечает на вызов , снимая телефонную трубку , после чего , связь меж-

ду этими абонентами считается установленной. После словесного удосто-

верения ,что связь установлена правильно, обачеловеканажимают

кнопки "данные"насвоих телефонных аппаратах (или модемах), чтобы

включить модемы в линию ТФОП.

Вместо набора телефонного номера вручную при установке соединения

для передачи данных может быть использована ЭВМ , автоматически наби-

рающая нужный номер.Это называется операцией автовызова , которая до

недавних пор требовала специального программного обеспечения иобору-

дования.

Оборудование состояло из специального интерфейсаЭВМ ( 1интерфейс

1автовызова0 V.25) и отдельного устройства автовызова , подключенного ,

как показано на (рис.4)

_1Рис.4.0 ┌──────────┐

┌───┤2-пр.модем├─────┐

│ └──────────┘ │

└──┐ │

┌───────┬─┬──────────┐ ┌─────┼─────────────┐ │

│ |г| АСИ │4Серия 1000 ┌┼ │ │ │

│ |л|V.24/V.28 ├─────────└┼ ── Устройство ┌──┼───┘

│ 2 ЭВМ 0 |а| RS-232C│ │ автовызова │4 Линия основания

│ _(ООД). |в|─ ─ ─ ─ ─ ┤ │ =====▒────────────────

│ |н| АСИ │4Серия 2000│ ┌───────────┐│ 5 аппаратуры

│ |ы|V.25/V.28 ├─────────┌┼ ──┤блок набора├┘ │ (ЛОА)

│ |й| RS-233C│ └┼ └───────────┘ │

└───────┴─┴──────────┘ └───────────────────┘

4Связной 0 АПД

5контроллер

Ситуация сАВУ измениласьпослепоявления модемов с возмож-

ностью 1автовызова0.ЭВМ , подключенная к одному из таких модемов , ис-

пользует единственный интерфейс V.24/V.28 (RS-232-C) и для оперативно-

го автовызова , и для передачи данных. Первые модемы с автовызовом бы-

ли асинхронными и использовали процедуры для автовызова , предложенные

поставщиками модемов. Новая рекомендация V.25 bis стандартизует проце-

дуру автовызова для асинхронно-синхронных модемов с возможностью авто-

вызова.

Некоторые синхронныемодемы содержат встроенную схему автомати-

ческого вызова , которая устанавливает дополнительное соединение через

ТФОП с целью резервирования.Процедура включается при обнаружении мо-

демом повреждения в линии. Эта операция называется 1операцией автовосс-

1тановления0.

Для окончательного установления связи между машинами , оборудова-

ние в месте назначения обычно пересылает автоматический ответ на авто-

вызов со стороны вызывающей аппаратуры.

* * *

В заключение можно сказать , что уже сейчас появились современные

многофункциональные модемы , которые объединяют в себе практически все

достижения вобласти компьютерной связи.Характерным примером такого

принципиально нового подхода могут служить довольно мощные и совершен-

ные модемы американской фирмы ZyXEL - одного из мировых лидеров в про-

изводстве средств коммуникации.Типичный модем ZyXEL - интеллектуаль-

ный (то есть практически полностью контролируемый и управляемый компь-

ютером , и заодно умеющий определять наиболее оптимальную скорость об-

мена данными перед сеансом связи во избежание ошибок , которыемогут

возникнуть при слишком большой скорости передачи из-за случайных помех

на линии),большой диапазон допустимых скоростей обмена, а также при-

менение техники сжатия позволяет считать этот модем наиболее быстрым и

универсальным. Одновременно сэтимналичие определенныхвнутренних

устройств иразличных обслуживающих программ обеспечивает возможность

использования модема ZyXEL и в качестве факса, и в качестве автоответ-

чика(на плате имеется встроенный динамик), и даже в качестве определи-

теля номера.Одним словом , модемы постепенно превращаются из обычных

УПС в маленькие , но мощные рабочие станции на телефонных линиях.

Список Литературы :

Ю.Блэк "Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, инерфейсы";

В.И.Васильев и др. "Методы и средства организации каналов переда-

чи данных";

Ф.Дженнингс "Практическая передача данных:модемы,сети,протоколы;

"Вычислительные машины, системы и сети" Учебник под редакцией

А.П.Пятибратова;

Руководство по модему ZyXEL U-1496E.