Проектирование средств организации каналов передачи данных

Базовые функции по согласованию источников и приемников данных с непрерывными частотно-ограниченными каналами возложена на устройства преобразования сигналов (УПС) , которые в значительной мере определяют такие характеристики цифровых каналов , как скорость и верность.

Поэтому разработка УПС , обеспечивающих требуемые информационные характеристики систем передачи сигналов данных между территориально удаленными оконечными пунктами , является одной из актуальных задач , входящих в комплекс проблем технического обеспечения межмашинного обмена информацией в вычислительных сетях. _ 2.УСТРОЙСТВА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ Основной задачей создания УПС было сделать такой 'переводчик' , который позволил бы преобразовывать цифровой сигнал , более понятный ЭВМ или терминалу , в используемый в телеграфных , телефонных и некоторых других каналах связи аналоговый сигнал. Когда устройства ООД ( Оконечное Оборудование Данных - им может быть ЭВМ, терминал и пр.) обмениваются данными друг с другом с использованием, например, телефонной линии , сигнал должен приспособиться к ориентированному на речь аналоговому миру.

Однако устройства ООД взаимодействуют посредством цифровых ( дискретных ) сигналов. Форма цифрового сигнала существенно отличается от формы аналогового сигнала.

Сходство 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 терминалы используют цифровые , двоичные формы , поскольку полупроводниковые транзисторы в своей основе - дискретные приборы с двумя состояниями.

Цифровая передача реализована в настоящее время во многих системах , к примеру - в локальных сетях , где машины не удалены на большое расстояние, и есть возможность связать их общей шиной. Также она широко используется при непосредственной связи между компьютерами через асинхронные порты (так называемые нуль-модемы ). Цифровая передача имеет ряд явных преимуществ по сравнению с аналоговыми системами связи.

Однако аналоговые каналы все еще доминируют в местных системах подключения устройств ООД к каналам телефонных служб.

Различают несколько типов УПС : - Устройства преобразования сигналов телеграфного типа; - Устройства преобразования сигналов низкого уровня; - Модемы; - Автовызывные устройства (АВУ), а также, возможно, некоторые другие, специфические, устройства. В реферате более подробно рассмотрены наиболее известные и часто используемые из них - модемы , а также автовызывные устройства , как возможное (и весьма ценное) дополнение (а для самых современных модемов - неотъемлемая часть) _ 3.МОДЕМ В последнее время модемы становятся неотъемлемой частью компьютера.

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 BBS (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 работы в сети офиса. Кроме того, воспользовавшись глобальными сетями ( Rel - Com, FidoNet ) 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 ( модулятор-демодулятор ) является устройством, преобразующим последовательные цифровые сигналы в аналоговые сигналы и наоборот. Иначе говоря, модем обеспечивает цифровой/аналоговый интерфейс, позволяющий двум устройствам общаться друг с другом посредством телефонной сети. Он изменяет либо амплитуду , либо частоту или фазу , чтобы представить цифровые данные в виде аналоговых сигналов. Чтобы быть точным , определение модуляции таково: это модификация частоты для представления данных . Эта частота называется несущей частотой . Данные , которые модулируют несущую (то есть данные , передаваемые терминалом или ЭВМ) называются модулирующим сигналом . Термин 'модулирующий' 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 ) меняет амплитуду своей несущей в соответствии с последовательностью битов , которые должны быть переданы.

Обычно более высокая амплитуда представляет ноль, а более низкая - единицу. Более распространенный модем - это ЧМ-модем (модем 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 представить 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 . | |-----------Сеть----------- Интерфейсный | | кабель | | С V.24/V.28 Аналоговая _ ЭВМ . | ================== _ Модем . | К цепь | Цепи | обмена | ООД | АПД Связной | контроллер 1. Организации по стандартизации используют общепринятые аббревиатуры АПД (DCE) для модема и ООД (DTE) для ЭВМ, терминала или любого другого устройства отображения , подключенного к модему. 2. В обозначениях организаций по стандартам каждый проводник в многопроводном цифровом интерфейсе называется 'цепью обмена'. 'Цепь обмена' используется для передачи данных , управления и синхронизации.

Работу модема можно легче представить , если рассматривать модулятор и демодулятор , составляющие в модеме одно целое , в виде отдельных устройств. Будем рассматривать широко известное и простое двухпроводное соединение ( также существует 4-проводное соединение - этот тип соединения используют ,например, на АТС ). При подключении модема к двухпроводной линии необходимо два провода подключить сразу и к линейному выходу модема (модулятору), и к линейному входу (демодулятору). Они подключаются не параллельно, а через гибридный трансформатор (рис.2). В идеальном гибридном трансформаторе аналоговые сигналы из модулятора проходят через трансформатор в двухпроводную линию , а аналоговые сигналы из линии проходят через трансформатор в демодулятор.

Однако в реальном гибридном трансформаторе возникает обратная связь в форме слабых аналоговых сигналов от модулятора к демодулятору.

Гибридный трансформатор является частью модема. Два провода выводятся наружу в виде двухконтактной колодки или двухжильного шнура и могут быть подключены непосредственно к телефонной розетке. _ Рис.2 передача | | | мод. ---- - | | С данных | ---- - - ------- 2-проводная | | (*) | линия | К прием | ---- - - ------- | демод. ---- - | данных | | | Гибридный | (*) - Нежелательная | трансформатор | обратная связь. _ 4.ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБОРУДОВАНИИ _4.1. Каналы Простейшей сетью , в которой используются модемы , является двухточечный 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.

Поэтому 'канал' состоит из 'линии' и двух модемов. _ Рис.3 . |--------------Сеть---------------| | | _ Терминал | | | С Аналоговая цепь С | _ЭВМ . | _Модем . / / _Модем . | _ Т . | К К | | Двухточечная | ООД | АПД линия АПД | ООД | | При выборе модема важное значение имеет тип связи , обеспечиваемый 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 только 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 используют интерфейс V.24/V.28 МККТТ (или , аналогичный, RS-232-C ) осуществляемый с помощью 25-контактного гнездового разъема на задней стенке модема. При скоростях передачи от 48 до 168 Кбит/с требуются широкополосные 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 типа модемов: - Асинхронный модем (только для асинхронной передачи). Эти модемы являются низкоскоростными и работают в режиме асинхронной стартстопной позначной передачи. Они не генерируют сигналов 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. - Синхронные модемы (для синхронной передачи). Эти модемы работают в режиме синхронной блоковой передачи и генерируют сигналы синхронизации. Чаще используются на больших машинах. - Асинхронно-синхронные модемы (для асинхронной и синхронной передачи). Эти синхронные модемы при использовании специальных форматов знаков могут работать в режиме асинхронной стартстопной передачи данных. 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 асинхронно-синхронный преобразователь . 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 обеспечивают 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 ' перекрестную модуляцию ' для прямой коррекции ошибок синхронных данных. Эта модуляция основана на использовании защитной системы чередующихся (перекрестных) избыточных кодов в потоке передаваемой информации . Избыточные коды позволяют приемному устройству выбрать те данные , которые наиболее точно соответствуют переданным оригиналам. _4.4. Устройства сжатия данных Имеющиеся устройства сжатия данных выполнены в виде отдельных блоков или встроены в синхронные модемы. Они используют адаптивные алгоритмы для сжатия данных перед передачей и восстановления после приема. Они могут работать с байт-ориентированными или с бит-ориентированными синхронными протоколами или с асинхронными данными.

Степень сжатия 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 телефонную 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 между этими абонентами считается установленной. После словесного удостоверения , 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 набирающая нужный номер. Это называется операцией автовызова , которая до недавних пор требовала специального программного обеспечения и оборудования.

Оборудование состояло из специального интерфейса ЭВМ ( интерфейс автовызова V.25) и отдельного устройства автовызова , подключенного , как показано на (рис.4) _ Рис.4 . 2-пр.модем |г| АСИ Серия 100 |л|V.24/V.28 Устройство ЭВМ |а| RS-232C автовызова Линия основания _(ООД) . |в| ===== |н| АСИ Серия 200 аппаратуры |ы|V.25/V.28 блок набора (ЛОА) |й| RS-233C Связной АПД контроллер Ситуация с АВУ изменилась после появления модемов с возможностью автовызова . ЭВМ , подключенная к одному из таких модемов , использует единственный интерфейс V.24/V.28 (RS-232-C) и для оперативного автовызова , и для передачи данных.

Первые модемы с автовызовом были асинхронными и использовали процедуры для автовызова , предложенные поставщиками модемов. Новая рекомендация V.25 bis стандартизует процедуру автовызова для асинхронно-синхронных модемов с возможностью автовызова.

Некоторые синхронные модемы содержат встроенную схему автоматического вызова , которая устанавливает дополнительное соединение через ТФОП с целью резервирования.

Процедура включается при обнаружении модемом повреждения в линии. Эта операция называется операцией автовосстановления . Для окончательного установления связи между машинами , оборудование в месте назначения обычно пересылает автоматический ответ на автовызов 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 совершенные модемы американской фирмы ZyXEL - одного из мировых лидеров в производстве средств коммуникации.

Типичный модем ZyXEL - интеллектуальный (то есть практически полностью контролируемый и управляемый компьютером , и заодно умеющий определять наиболее оптимальную скорость обмена 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 применение техники сжатия позволяет считать этот модем наиболее быстрым и универсальным.