Разработка коммуникационной сети датчиков в среде LabVIEW
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
/p>
В данной формуле C - пропускная способность линии в битах в секунду, F - ширина полосы пропускания линии в герцах, Pc - мощность сигнала, Рш - мощность шума. Из этого соотношения следует, что теоритического предела пропускной способности линии с фиксированной полосой пропускания не существует. Однако на практике такой предел имеется. Действительно, повысить пропускную способность линии можно за счёт увеличения мощности передатчика или же уменьшения мощности шума (помех) в линии связи. Обе эти составляющие поддаются изменению с большим трудом. Повышение мощности передатчика ведёт к значительному увеличению его габаритов и стоимости. Снижение уровня шума требует применение специальных кабелей с хорошими защитными экранами, что весьма дорого, а также снижения шума в передатчике и промежуточной аппаратуре, чего достичь весьма не просто. К тому же влияние мощностей полезного сигнала и шума на пропускную способность ограничено логарифмической зависимостью, которая растёт не так быстро, как прямо-пропорциональная. Так, при достаточно типичном исходном отношении мощности сигнала к мощности шума в 100 раз повышение мощности передатчика в 2 раза даст только 15% увеличения пропускной способности линии.
Основным типом кабеля используемого в системах пожарной сигнализации является неэкранированная витая пара (UTP). Данный кабель используется главным образом для проводки внутри помещений и разделяется в международных стандартах на 7 категорий:
Категория 1 (полоса частот 0,1 МГц) - телефонный кабель, всего одна пара;
Категория 2 (полоса частот 1 МГц) - 2 пары проводников;
Категория 3 (полоса частот 16 МГц) - 4-парный кабель, используется при построении телефонных и локальных сетей 10BASE-T и token ring, поддерживает скорость передачи данных до 10 Мбит/с или 100 Мбит/с по технологии 100BASE-T4 на расстоянии не дальше 100 метров;
Категория 4 (полоса частот 20 МГц) - кабель состоит из 4 скрученных пар, использовался в сетях token ring, 10BASE-T, 100BASE-T4, скорость передачи данных не превышает 16 Мбит/с по одной паре, в настоящее время не используется;
Категория 5 (полоса частот 100 МГц) - 4-парный кабель, используется при построении локальных сетей 100BASE-TX и для прокладки телефонных линий, поддерживает скорость передачи данных до 100 Мбит/с при использовании 2 пар;
Категория 6 (полоса частот 250 МГц) - применяется в сетях Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, состоит из 4 пар проводников и способен передавать данные на скорости до 1000 Мбит/с и до 10 гигабит на расстояние до 50 м;
Категория 7 (полоса частот 600-700 МГц) - спецификация на данный тип кабеля утверждена только международным стандартом ISO 11801, скорость передачи данных до 10 Гбит/с. Кабель этой категории имеет общий экран и экраны вокруг каждой пары.
Наиболее распространёнными категориями кабеля используемого для сети датчиков пожарной сигнализации на судах речного и морского флота являются категории 1 и 2.
Кабель UTP категории 2 состоит из 2 пар скрученных проводов, экранированных проводящей, заземляемой оплёткой. Полоса частот данного кабеля 1 МГц, что вполне приемлемо, однако данный кабель имеет высокое волновое сопротивление - 150 Ом, что следует учитывать для настройки передатчиков.
2.2Проектирование протокола передачи
В качестве используемого за основу лини связи кабеля передачи было решено использовать кабель UTP категории 2 в связи с его широкой распространённостью. Наиболее подходящим для решения задач передачи данных по данному типу кабеля является протокол физического уровня RS-485. Однако данный протокол обеспечивает пропускную способность линии до 100 Кбит/с на расстоянии 1200 м, что является недостаточным для работы АСПС Рында.
Для стабильного распознавания приёмником переданного передатчиком сигнала необходимо чтобы спектр сигнала полностью или же значительной частью попадал в полосу пропускания линии связи. Если же значимые гармоники спектра будут выходить за границы полосы пропускания результирующий сигнал будет сильно искажаться и приёмник будет ошибаться при его распознавании (рисунок 14).
Рисунок 14 - Соответствие между полосой пропускания линии связи и спектром сигнала
Ширина полосы пропускания кабеля UTP категории 2 составляет 1 МГц. Соответственно с учётом типичного отношения мощности передатчика к мощности шума в 100 раз, согласно с формулой Шеннона данный кабель имеет пропускную способность:
Для увеличения пропускной способности канала передачи при невысоком уровне шума можно использовать уплотнение сигнала (введение дополнительных уровней сигнала кроме 0 и 1) (рисунок 15).
Рисунок 15 - Повышение скорости передачи за счёт дополнительных уровней сигнала
Согласно формуле Найквиста максимально возможная пропускная способность линии связи, без учёта шума на линии равна:
В данной формуле: С - пропускная способность сети, F - ширина полосы пропускания в герцах, M - количество различных уровней сигнала. Хотя в данной формуле М может быть различным, на практике удобней использовать М кратное степени 2, так как в этом случае в 1 сигнале будет кодироваться целое число бит исходной информации. Соответственно получаем:
Хотя формула Найквиста явно не учитывает наличие шума, косвенно его влияние отражается в выборе количества состояний информационного сигнала. Для повышения пропускной способности канала хотелось бы увеличит