Обобщенная структура канала передачи данных

С учетом всего сказанного ранее обобщенную структуру однонаправленного канала передачи данных можно представить следующим образом (рис. 1.11).

Рисунок 1.11. Структура канала передачи данных

ООД – ОС (ЭВМ) вырабатывает предназначенные для передачи сообщения, которые через устройство сопряжения (УС) поступают в виде кодовых комбинаций в АПД, состоящую из УЗО, УПС и УУ. УЗО обеспечивает требуемую верность передачи путем кодирования данных тем или иным помехоустойчивым кодом. Далее сигналы преобразуются в вид, удобный для передачи по каналу связи. Преобразование осуществляется в УПС. На приемной стороне осуществляются обратные преобразования.

В зависимости от направления передачи данных каналы подразделяются на симплексные, полудуплексные и дуплексные.

Симплексный канал позволяет передавать данные только в одном направлении – один абонент передает, другой принимает данные.

Полудуплексный канал обеспечивает поочередную передачу данных в обоих направлениях. Аппаратура на каждом конце канала устанавливается в состояние приема или передачи с помощью сигналов управления.

Дуплексный канал позволяет передавать данные одновременно в обоих направлениях. Это обеспечивается за счет использования четырехпроводной линии связи и соответствующего набора комплектов приемопередающей аппаратуры.

В понятии «канал передачи данных» под данными обычно понимают набор или блок, содержащий один или более символов или байтов, передаваемых между двумя устройствами, причем символы закодированы в цифровой форме.

Таким образом, все сообщения оказываются сформированными из цепочки соответствующим образом закодированных символов. Поскольку биты каждого символа передаются последовательно, принимающее устройство получает сигналы двух различных уровней напряжения, чередование которых определяет последовательность битов, образующих сообщение. Чтобы принимающее устройство могло правильно интерпретировать полученный набор битов, оно должно иметь возможность определять:

1) скорость передачи битов, определяемую интервалом времени, выделяемым на один битовый разряд или длительность битового интервала;

2) начало и конец каждого символа или байта;

3) начало и конец каждого кадра.

Эти три фактора называют соответственно побитной или тактовой синхронизацией, побайтной или посимвольной синхронизацией и поблочной или покадровой синхронизацией.

Как правило, синхронизация реализуется одним из двух методов, связанных с тем, как работают тактовые генераторы отправителя и получателя: независимо друг от друга, т.е. асинхронно или синхронно.

Если передаваемые данные составлены из цепочек символов и каждый символ передается независимо от других, то получатель синхронизируется в начале каждого получаемого символа. Для такого типа связи обычно используется асинхронная передача. Этот режим применяется главным образом тогда, когда передаваемые данные формируются отправителем в случайные моменты времени. Это означает, что сигнал на линии может находиться в состоянии бездействия, т.е. отсутствия передачи в течение интервалов времени любой, в том числе и большой, длительности. Поэтому при такой передаче получающее устройство должно иметь возможность восстанавливать синхронизацию в начале каждого получаемого символа. Для этого каждый передаваемый символ обрамляется дополнительными стартовым битом и одним или несколькими стоповыми битами, так что формат передаваемого символа выглядит следующим образом (рис. 1.12).

Рисунок 1.12. Формат асинхронной последовательной посылки

Стартовый и стоповый биты имеют различные полярности (старт – 0, стоп -1). Это обеспечивает наличие как минимум одного перехода (1→0→1) между каждыми двумя последовательно передаваемыми символами, причем независимо от значений битов в самом символе.

Первый после периода бездействия (линия на стопе) переход 1→0 используется получающим устройством для определения начала каждого нового символа. Таким образом обеспечивается побайтная синхронизация. Применяя тактовый генератор, частота которого в N раз (N=16) выше частоты поступления битов, получающее устройство может надежно фиксировать каждый принимаемый бит. Для этого достаточно формировать фиксирующий (стробирующий) сигнал приблизительно в середине битового интервала. Таким образом обеспечивается побитная синхронизация.

Во многих приложениях возникает необходимость передачи больших блоков данных (кадров), которые были предварительно скомплектованы и уже готовы для передачи. Ясно, что в этом случае отсутствуют длительные интервалы времени между передачей отдельных байтов и в связи с этим отсутствует необходимость в старт-стопном обрамлении каждого байта. Кроме того асинхронная передача из-за используемого ею механизма синхронизации может надежно применяться лишь при скоростях передачи не превышающих 19200 бит/с. Альтернативный, более эффективный и обеспечивающий большие скорости передачи подход заключается в передаче полного блока данных, называемого кадром, как непрерывной последовательной цепочки битов без какого-либо разделения между байтами. Такой способ передачи называется синхронной передачей.

Очевидно, что для того, чтобы принимающее устройство при синхронной передаче могло обеспечить все три упомянутых ранее уровня синхронизации, должны выполняться следующие требования:

- передаваемая цепочка битов должна быть закодирована таким образом, чтобы получающее устройство могло поддерживать побитную синхронизацию;

- каждому кадру должен предшествовать один или несколько синхробайтов, благодаря чему получающее устройство может надежно разделять цепочку битов по границам байтов, т.е. поддерживать побайтную синхронизацию;

- содержимое каждого кадра должно быть обрамлено парой зарезервированных байтов для поддержания покадровой синхронизации. Ясно, что этим байтам должна быть обеспечена уникальность, т.е. они должны отсутствовать в содержимом кадра. Способы достижения этого будут рассмотрены в 3.2.

Различные методы кодирования битов, обеспечивающие побитную синхронизацию, будут рассмотрены в 4 главе.