Основы передачи данных

Каналомсвязи называют физическую среду (линию связи) и аппаратные средства, осуществляющие передачу сигналов между пунктами генерации, преобразования, хранения и потребления информации (узлами). В качестве линий связи могут выступать телефонная линия, коаксиальный кабель, витая пара, волновод, оптоволоконный кабель. Узлы могут преобразовывать исходные информационные сообщения в передаваемые сигналы (передатчики), а получаемые сигналы – обратно в сообщения (приёмники). Такое преобразование сообщения в «несущие» сигналы и обратно называется, соответственно, модуляцией и демодуляцией.

В линии можно образовать несколько каналов связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом говорят, что линия разделяется (мультиплексируется) между несколькими каналами. Мультиплексирование – это передача нескольких сигналов по одному физическому каналу (одной линии связи) путем разделения его на подканалы. Различают временное (Time Division Multiplexing – TDM) и частотное (Frequency Division Multiplexing – FDM) мультиплексирование. Так, в радио- и телевизионном вещании множество программ одновременно передаётся на разных частотных каналах. А вот поочерёдная трансляция разных телепередач (новости, сериалы, рекламные ролики) на одном канале – пример временного мультиплексирования.

Различают три режима работы канала связи. Симплексный – передача осуществляется только в одном направлении, от передатчика к приёмнику. Полудуплексный – в каждый момент времени передача осуществляется только в одном направлении, но время от времени направление меняется. То есть приёмопередатчики поочерёдно выступают то в роли передатчика, то приёмника. Дуплексный – одновременная передача в обе стороны, как при обычном телефонном разговоре.

Сигналы могут быть непрерывными (аналоговыми) и дискретными. Примером непрерывного сигнала s(t) может служить гармоническое колебание, описываемое в общем случае выражением:

s(t)=A sin(ωt+φ), (17.1)

где A – амплитуда; ω – циклическая частота; t – время; φ – фаза.

Дискретные сигналы могут принимать только конечное число фиксированных значений. Например, цифровой сигнал, представляющий собой последовательный двоичный код.

В зависимости от вида распространяемых сигналов и используемой аппаратуры все линии связи можно разделить на аналоговые и цифровые. Модуляция сигнала s(t), как следует из выражения (17.1), может заключаться в изменении параметров A, ω и φ. Соответственно, получим амплитудную, частотную и фазовую модуляции. Модуляция дискретным сигналом называется манипуляцией.

На рисунке 17.1 представлены в одном масштабе времени (по горизонтальной оси) двоичный К(t), гармонический s(t), амплитудно- (АМ), частотно- (ЧМ) и фазомодулированный (ФМ) сигналы.

Согласование ЭВМ с каналом связи осуществляется с помощью интерфейса. По числу одновременно передаваемых сигналов различают последовательный и параллельный интерфейсы. Последовательный интерфейс состоит, как правило, из одной линии, данные по которой передаются последовательным кодом. Параллельный интерфейс состоит из нескольких линий, поэтому обладает большей пропускной способностью (количеством бит, передаваемых в единицу времени). При передаче на большие расстояния экономически целесообразно применять последовательные интерфейсы. Для повышения достоверности передачи данных могут использоваться коды с обнаружением и исправлением ошибок.

Процесс приёма-передачи может быть синхронным и асинхронным. Синхронизация – согласование работы приёмника и передатчика во времени – достигается посылкой специальных кодовых комбинаций перед каждым блоком данных (использованием синхронизирующих кодов) либо использованием дополнительной линии для синхронизирующих сигналов. Синхронная передача осуществляется в принудительном темпе, достоинство – высокая скорость, недостаток – сложность аппаратуры. При асинхронной передаче каждый блок (обычно байт) начинается передачей стартового и заканчивается стоповым битом, а временные интервалы между блоками могут быть произвольными.

Рис. 17.1. Дискретный, непрерывный и модулированные сигналы

Под коммутацией данных понимается такая передача, при которой осуществляется попеременное (переключаемое, коммутируемое) использование каналов между абонентами. Некоммутируемые каналы обычно закреплены за определёнными абонентами.