Проектирование средств организации каналов передачи данных

_ 21.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 1устройства

1преобразования сигналов 0 (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 даленны-

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 задачей создания УПС было сделать такой "переводчик",

который позволил бы преобразовывать 1цифровой 0 сигнал, более понятный

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

торых других каналах связи 1аналоговый 0 сигнал.

Когда стройства ООД ( Оконечное Оборудование Данных 0 - 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 стройства ООД взаи-

модействуют посредством цифровых ( 1дискретных 0) 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 1локальных сетях 0, где машины не далены на большое

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

ко используется при непосредственной связи между компьютерами через

синхронные порты (так называемые 1нуль-модемы 0). Цифровая передача име-

ет ряд явных преимуществ по сравнению с аналоговыми системами связи.

Однако аналоговые каналы все еще доминируют в местных системах подклю-

чения стройств ООД к каналам телефонных служб.

Различают несколько типов ПС :

- 3 стройства преобразования сигналов телеграфного типа;

- 3 стройства преобразования сигналов низкого ровня;

- 3 Модемы;

- 3 Автовызывные стройства (АВУ),

также, возможно, некоторые другие, специфические, стройства.

В реферате более подробно рассмотрены наиболее известные и часто

используемые из них - 1 модемы 0, также 1автовызывные устройства 0, как

возможное (и весьма ценное) дополнение (а для самых современных моде-

мов - неотъемлемая часть)

_ 23.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 далены от вас на многие тысячи километров,

разместить сообщение на 1BBS 0 (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 ( 1Rel 0-

1Com, FidoNet 0) 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 частвовать

во всевозможных конференциях, получать новости практически по любой

интересующей вас тематике.

Модем ( 1модулятор-демодулятор 0) является стройством, преобразующим

последовательные цифровые сигналы в аналоговые сигналы и наоборот.

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

ляющий двум стройствам общаться друг с другом посредством телефонной

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

ставить цифровые данные в виде аналоговых сигналов.

Чтобы быть точным, определение 1модуляции 0 таково: это 1модификация

1частоты для представления данных 0. Эта частот называется 1несущей час-

1тотой 0. Данные, которые модулируют несущую (то есть данные, передава-

емые терминалом или ЭВМ) называются 1 модулирующим сигналом 0. 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 ( АМ-модем 0) меняет амплитуду своей

несущей в соответствии с последовательностью битов , которые должны

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

лее низкая - единицу. Более распространенный модем - это ЧМ-модем 0 (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 ФМ-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.

_ Рис.1 . 0 | ░▒▓

|-----------Сеть-----------░▒▓

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

│ | │ 5 кабель 0 |│ │ ░▒▓

│ | С │ V.24/V.28 ┌┬ ┬┤ │ 4 Аналоговая 0 ░▒▓

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

│ | К │ └┴ ┴┤ │ 5 цепь 0 ░▒▓

│ | │ 4 Цепи 0 |│ │ ░▒▓

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

ООД 0 | 2 АПД 0 ░▒▓

Связной 0 | ░▒▓

5контроллер 0

1. Организации 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. В обозначениях организаций по стандартам каждый проводник в мно-

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

1на" используется для передачи данных, правления 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

1двухпроводное соединение 0 ( также существует 14-проводное соединение 0 -

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, че-

рез 1гибридный трансформатор 0 (рис.2). В идеальном гибридном трансформа-

торе аналоговые сигналы из модулятора проходят через трансформатор в

двухпроводную линию, 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.

_ Рис.2

┌ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ─ ┐

┌─────┐ 4передача 0| ┌──────┐ ┌─────────┐ |

| ├─────────┼──┤ 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.

_ Рис.3 . 0 |--------------Сеть---------------|

| | _ Терминал

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

│ | С │ ┌┤ │ Аналоговая цепь 0 │ ├┐ │ С | │

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

│ | К │ └┤ │ │ ├┘ │ К | │

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

ООД 0 | 2 АПД 0 5 линия 0 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 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.

_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 модемы являются низкоскоростными и работают в режиме

синхронной 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.

- 3 Синхронные модемы 0(для синхронной передачи).

Эти модемы работают в режиме синхронной блоковой передачи и

генерируют сигналы синхронизации. Чаще используются на больших маши-

нах.

- 3 Асинхронно-синхронные модемы 0(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 1асинхронно-синхронный преобразователь 0.

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.

_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 " 1перекрестную модуляцию 0" 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 стройс-

тву выбрать те данные, которые наиболее точно соответствуют передан-

ным оригиналам.

_4.4. стройства сжатия данных

Имеющиеся стройства 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.

_4.5. Автовызывные устройства

Ручной метод становки 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 становленной. После словесного досто-

верения, что связь становлена правильно , оба человека нажимают

кнопки "данные" на своих телефонных аппаратах (или модемах), чтобы

включить модемы в линию ТФОП.

Вместо набора телефонного номера вручную при становке 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 ( 1интерфейс

1автовызова 0 V.25) и отдельного стройства автовызова, подключенного,

как показано на (рис.4)

_ Рис.4 . 0 ┌──────────┐

┌───┤2-пр.модем├─────┐

│ └──────────┘ │

└──┐ │

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

│ |г| АСИ │ Серия 100 0 ┌┼ │ │ │

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

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

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

│ |н| АСИ │ Серия 200 0 │ ┌───────────┐ │ 5 аппаратуры

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

│ |й| RS-233C │ └┼ └───────────┘ │

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

Связной 0 АПД

5контроллер

Ситуация с АВУ изменилась после появления модемов с возмож-

ностью 1автовызова 0. 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 станавливает дополнительное соединение через

ТФОП с целью резервирования. Процедура включается при обнаружении мо-

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

1тановления 0.

Для окончательного становления связи между машинами, оборудова-

ние в месте назначения обычно пересылает автоматический ответ на авто-

вызов со стороны вызывающей аппаратуры.

* * *

В заключение можно сказать, что же 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 правляемый 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.

Blog

Проектирование средств организации каналов передачи данных