|
Проектирование средств организации каналов передачи данных
я_я21.ВВЕДЕНИЕ
Развитие вычислительных сетей потребовало передачи при межмашин-
ном
обмене данными больших объемов цифровой информации с высокой ско-
ростью
и верностью.
Именно поэтому возникла проблема
проектирования средств организа-
ции
каналов передачи данных эффективно использующих пропускную способ-
ность
существующих непрерывных каналов электросвязи и базирующихся на
современной
технике и технологии цифровых интегральных схем.
Базовые функции по согласованию источников и приемников данных с
непрерывными
частотно-ограниченными каналами возложена на я1устройства
я1преобразования
сигналовя0 (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.
я_я22.УСТРОЙСТВА
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Основной задачей создания
УПС было сделать такой "переводчик" ,
который
позволил бы преобразовывать я1цифровойя0 сигнал , более понятный
ЭВМ или
терминалу , в используемый в
телеграфных , телефонных и неко-
торых
других каналах связи я1аналоговыйя0 сигнал.
Когда устройства ООД (я1Оконечное
Оборудование Данныхя0 - 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 (я1дискретныхя0) сигналов. Форма цифрово-
го
сигнала существенно отличается от формы аналогового сигнала. Сходс-
тво
состоит в том , что сигнал непрерывен
, повторяет самого себя и
периодичен
, но
он очень 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 передача реализована в настоящее время во многих
систе-
мах , к
примеру - в я1локальных сетяхя0 , где машины не удалены на большое
расстояние,
и есть возможность связать их общей шиной. Также она широ-
ко
используется при непосредственной связи
между компьютерами через
асинхронные
порты (так называемые я1нуль-модемыя0). Цифровая передача име-
ет
ряд явных 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 :
-я3 Устройства преобразования сигналов
телеграфного типа;
-я3 Устройства преобразования сигналов
низкого уровня;
-я3 Модемы;
-я3 Автовызывные устройства (АВУ),
а также, возможно, некоторые другие,
специфические, устройства.
В реферате более подробно рассмотрены наиболее известные и часто
используемые
из них -я1 модемыя0, а также я1автовызывные устройствая0, как
возможное
(и весьма ценное) дополнение (а для
самых современных моде-
мов -
неотъемлемая часть)
я_я23.МОДЕМ
В последнее время модемы становятся
неотъемлемой частью компьюте-
ра.
Установив модем на 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 к базам
данных,
которые могут быть удалены от вас на многие тысячи километров,
разместить
сообщение на я1BBSя0 (электронной доске обьявлений), доступной
другим
пользователям, скопировать с той же BBS интересующие вас файлы,
интегрировать
домашний компьютер в сеть вашего
офиса, при этом
(не
считая
низкой скорости обмена данными) создается полное ощущение рабо-
ты в
сети офиса. Кроме того, воспользовавшись глобальными сетями (я1Relя0-
я1Com,
FidoNetя0) можно принимать и посылать
электронные письма не только
внутри
города , но фактически в любой конец
земного шара. Глобальные
сети
дают возможность не только обмениваться почтой, но и участвовать
во
всевозможных конференциях , получать
новости практически по любой
интересующей
вас тематике.
Модем (я1модулятор-демодуляторя0)
является устройством, преобразующим
последовательные
цифровые сигналы в
аналоговые сигналы и наоборот.
Иначе
говоря, модем обеспечивает цифровой/аналоговый интерфейс, позво-
ляющий
двум устройствам общаться друг с другом
посредством телефонной
сети.
Он изменяет либоя1 амплитудуя0 , либо я1частоту я0или я1фазу я0, чтобы пред-
ставить
цифровые данные в виде аналоговых сигналов.
Чтобы быть точным , определение
я1модуляциия0 таково: это я1модификация
я1частоты
для представления данныхя0. Эта частота
называется я1несущей час-
я1тотойя0.
Данные , которые модулируют несущую (то есть данные , передава-
емые
терминалом или ЭВМ) называютсяя1 модулирующим сигналомя0. 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 (я1АМ-модемя0) меняет амплитуду своей
несущей
в соответствии с последовательностью битов
, которые должны
быть
переданы. Обычно более высокая амплитуда представляет ноль, а бо-
лее
низкая - единицу. Более распространенный модем - это я1ЧМ-модемя0 (мо-
дем с
частотной модуляцией ).Здесь амплитуда сохраняется постоянной, а
меняется
частота. Двоичная единица представлена
одной частотой , а
двоичный
ноль - другой частотой. Еще один тип модемов - это я1ФМ-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.
я_я1Рис.1я.я0 | °±І
|-----------Сеть-----------°±І
ЪДДДДДДДДДДВДДДї я4 Интерфейсный я0 |ЪДДДДДДДДДДДї °±І
|
я5 кабель я0 |і і
°±І
| С і V.24/V.28 ЪВ Вґ ія4 Аналоговаяя0 °±І
я_ ЭВМ я.
| Г==================ґГ іі я_ Модем я.
ГДДДДДДДДДДДДДД°±І
| К і АБ Бґ і
я5 цепья0 °±І
|
я4 Цепи я0 |і і
°±І
АДДДДДДДДДДБДДДЩ я5 обмена я0 |АДДДДДДДДДДДЩ
°±І
я2ООД я0 |
я2 АПДя0 °±І
я4Связной я0 | °±І
я5контроллеря0
1.
я1Организации по стандартизации используют общепринятые аббревиату-
я1ры
АПД (DCE) для модема и ООД (DTE) для ЭВМ, терминала или любого дру-
я1гого
устройства отображения , подключенного к модему.
2. я1В обозначениях организаций по стандартам каждый проводник в
мно-
я1гопроводном
цифровом интерфейсе называется "цепью обмена". "Цепь обме-
я1на"
используется для передачи данных , управления и синхронизации.
Работу модема можно легче представить
, если рассматривать моду-
лятор
и демодулятор , составляющие в модеме одно целое , в виде от-
дельных
устройств. Будем рассматривать широко
известное и простое
я1двухпроводное
соединениея0 ( также существует я14-проводное соединениея0 -
этот
тип соединения используют ,например, на АТС ).
При подключении модема к двухпроводной линии необходимо два про-
вода
подключить сразу и к линейному выходу модема (модулятору),
и к
линейному
входу (демодулятору). Они подключаются не параллельно, а че-
рез
я1гибридный трансформаторя0 (рис.2). В идеальном гибридном трансформа-
торе
аналоговые сигналы из модулятора проходят через трансформатор в
двухпроводную
линию , а аналоговые сигналы из линии
проходят через
трансформатор
в демодулятор. Однако в реальном гибридном трансформато-
ре
возникает обратная связь в форме слабых аналоговых сигналов от мо-
дулятора
к демодулятору. Гибридный трансформатор является частью моде-
ма. Два
провода выводятся наружу в виде двухконтактной колодки или
двухжильного
шнура и могут быть подключены
непосредственно к телефон-
ной
розетке.
я_я1Рис.2
Ъ Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д
ЪДДДДДї
я4передачая0| ЪДДДДДДї ЪДДДДДДДДДї |
| ГДДДДДДДДДЕДДґ мод. і----і-± і
|
| С і
я5 данных я0| АДДДДДДЩ----і-± і
±-і------- я42-проводная
| і
| (*) і
± і | я5линия
| К і
я4 прием я0 | ЪДДДДДДї----і-± і
±-і-------
| ГДДДДДДДДЕДДДґдемод.і----і-± і
|
АДДДДДЩ
я5 данных я0| АДДДДДДЩ АДДДДДДДДДЩ |
| Гибридный
| (*) -я1 Нежелательная
| трансформатор | я1 обратная
А Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д Д
Щ я1 связь.
я_я24.ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ
ОБОРУДОВАНИИ
я_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.
я_я1Рис.3я.я0 |--------------Сеть---------------|
| | я_я4Терминал
ЪДДДДДВДДДї |ЪДДДДДДДї ЪДДДДДДДї|
ЪДДДВДДДДДї
| С і Ъґ і
я4Аналоговая цепья0 і Гї і С |
я_ЭВМя. | ГДДДДДДґі я_Модемя.
ГДДДДДДД/ /ДДДДДДДґ я_Модемя. іГДДДДДґ
| я_ Т я. і
| К і Аґ і і ГЩ і К |
АДДДДДБДДДЩ |АДДДДДДДЩя4 Двухточечная я0 АДДДДДДДЩ| АДДДБДДДДДЩ
я2ООД я0 | я2 АПД я0 я5 линия
я0 я2 АПД я0 |
я2 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 каждый момент
времени только в одном из двух.
Существует
также симплексный канал, где данные передаются всегда толь-
ко в
одном направлении. Передаваться могут
отдельные знаки ,
блоки
данных
или последовательности битов/знаков , используемые в протоколах
канала
данных.
При скоростях передачи до 20 Кбит/с
большинство модемов использу-
ют интерфейс V.24/V.28 МККТТ (или ,
аналогичный, RS-232-C ) осущест-
вляемый
с помощью 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.
я_4.2. О
синхронизации
При скоростях передачи до 20 Кбит/с
используются три основных ти-
па
модемов:
-я3 Асинхронный модем я0(только для
асинхронной передачи).
Эти модемы являются
низкоскоростными и работают
в режиме
асинхронной
стартстопной позначной передачи. Они не
генерируют сигна-
лов
синхронизации. Кстати , это именно те модемы которые мы привыкли
видеть
возле своих PC , ведь все COM-порты персональных компьютеров,
отвечающие
стандарту RS-232-C , асинхронные.
-я3 Синхронные модемы я0(для синхронной
передачи).
Эти модемы работают в режиме
синхронной блоковой передачи
и
генерируют
сигналы синхронизации. Чаще используются на больших маши-
нах.
-я3 Асинхронно-синхронные модемы я0(для асинхронной и синхронной пе-
редачи).
Эти синхронные модемы
при использовании специальных форматов
знаков
могут работать в режиме асинхронной стартстопной передачи дан-
ных.
Общее число бит в стартстопном знаке должно быть от 8 до 11.Модем
удаляет
стартстопные биты перед передачей и восстанавливает их после
приема.
Модемы этого типа генерируют сигналы синхронизации и имеют
встроенный
я1асинхронно-синхронный преобразователья0.
Асинхронные модемы могут работать с любой скоростью
передачи в
пределах
установленных для них
скоростей. Синхронный и
асинхронно-
-синхронный
модемы могут работать только с
фиксированными скоростями
передачи.
я_4.3. Модемы с коррекцией
ошибок.
Чтобы избежать ошибок , возникающих вследствие шумов в линии ,
используются:
- асинхронные модемы для двухточечной
связи , которые обеспечива-
ют
отдельный асинхронный канал
с 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.
- синхронные модемы , работающие со
скоростями от 9600 до 19200
бит/с
, использующие "я1перекрестную
модуляциюя0" для прямой
коррекции
ошибок
синхронных данных. Эта модуляция
основана на использовании за-
щитной
системы чередующихся (перекрестных) избыточных кодов в потоке
передаваемой
информации . Избыточные коды позволяют приемному устройс-
тву
выбрать те данные , которые наиболее
точно соответствуют передан-
ным
оригиналам.
я_4.4. Устройства сжатия
данных
Имеющиеся устройства сжатия данных выполнены
в виде отдельных
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.
я_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 ,
оба человека нажимают
кнопки
"данные" на своих
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 и обору-
дования.
Оборудование состояло из специального
интерфейса ЭВМ ( я1интерфейс
я1автовызовая0
V.25) и отдельного устройства автовызова ,
подключенного ,
как
показано на (рис.4)
я_я1Рис.4я.я0 ЪДДДДДДДДДДї
ЪДДДґ2-пр.модемГДДДДДї
і АДДДДДДДДДДЩ і
АДДї і
ЪДДДДДДДВДВДДДДДДДДДДї ЪДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДї і
|г|
АСИ ія4Серия 100я0 ЪЕ і і і
|л|V.24/V.28 ГДДДДДДДДДАЕ ДД
Устройство ЪДДЕДДДЩ
я2
ЭВМ я0 |а| RS-232C і і автовызова ія4 Линия основания
я_(ООД)я. |в|Д Д Д Д Д ґ
=====±ДДДДДДДДДДДДДДДД
|н|
АСИ ія4Серия 200я0 і
ЪДДДДДДДДДДДї і я5 аппаратуры
|ы|V.25/V.28 ГДДДДДДДДДЪЕ ДДґблок
набораГЩ і (ЛОА)
|й| RS-233C і АЕ АДДДДДДДДДДДЩ і
АДДДДДДДБДБДДДДДДДДДДЩ АДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЩ
я4Связной я0 АПД
я5контроллер
Ситуация с АВУ изменилась после
появления модемов с возмож-
ностью
я1автовызовая0. 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 синхронные модемы
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 я1операцией автовосс-
я1тановленияя0.
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
в области 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 , которые могут
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 с этим наличие
определенных внутренних
устройств
и различных 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.
|
|
|
