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 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 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 устройства ООД 1Оконечное 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 устройства 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 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 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 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 модемы 0, а 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 удалены 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 участвовать

во всевозможных конференциях , получать новости практически по любой интересующей вас тематике. Модем 1модулятор-демодулятор 0 является устройством, преобразующим последовательные цифровые сигналы в аналоговые сигналы и наоборот. Иначе говоря, модем обеспечивает цифровойаналоговый интерфейс, позво- ляющий двум устройствам 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 частота 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 1АМ-модем 0 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 1ЧМ-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 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 T 4 Интерфейсный 0 5 кабель 0 С V.24V.28 -T T 4 Аналоговая 0 ЭВМ . Модем . К L 5 цепь 0 4 Цепи 0 L 5 обмена 0 L 2ООД 0 2 АПД 0 4Связной 0 5контроллер 0 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 обозначениях организаций 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 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, а че- рез 1гибридный трансформатор 0 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. 1Рис.2 4передача 0 мод. С 5 данных 0 L 42-проводная - 5линия К 4 прием 0 демод L 5 данных 0 L L Гибридный - 1 Нежелательная трансформатор 1 обратная L 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 T T С - 4Аналоговая цепь 0 С ЭВМ . Модем . Модем . Т . К L - К L L 4 Двухточечная 0

L L 2ООД 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 битовзнаков , используемые

в протоколах канала данных. При скоростях передачи до 20 Кбитс большинство модемов использу- ют интерфейс V.24V.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 Кбитс 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 Кбитс используются три основных ти- па модемов - 3 Асинхронный модем 0только 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 3 Синхронные модемы 0для синхронной передачи. Эти модемы работают в режиме синхронной блоковой передачи и генерируют сигналы синхронизации. Чаще используются на больших маши- нах 3 Асинхронно-синхронные модемы 0для 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 битс , 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 устройс- тву выбрать те данные , которые наиболее точно соответствуют передан- ным оригиналам. 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 12 до 13. Например , 19200 битс могут быть посланы или приняты модемом , работающим со скоростью 9600 битс.

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 1интерфейс 1автовызова 0 V.25 и отдельного устройства автовызова , подключенного , как показано

на рис.4 1Рис.4 . 0 2-пр.модем L L T-T г АСИ 4Серия 100 0 - лV.24V.28 L Устройство 2 ЭВМ 0 а RS-232C автовызова 4 Линия основания ООД . в н АСИ 4Серия 200 0 5 аппаратуры ыV.25V.28 блок набора- ЛОА й RS-233C L L L L 4Связной 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.24V.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 1операцией автовосс- 1тановления 0. 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- чикана 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 данныхмодемы,сети,протоколы Вычислительные машины, системы и сети Учебник под редакцией А.П.Пятибратова Руководство по модему ZyXEL U-1496E.