Взаимосвязь скорости передачи данных и диапазона частот сигнала

Категория канала по стандарту OSI	3	4	5	5е	6
Диапазон частот, МГц	16	20	100	125	200
Максимальная скорость передачи данных, Мбит/с	100	100	155...1000	1000	Нет протоколов

Обмен информацией между объектами выполняется в виде кадров. Кадр – структурированная цифровая посылка с четко определенными позициями битов и байтов. Вариант кадра для передачи телеметрической информации по стандарту UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter – Универсальный асинхронный приемник/передатчик) показан на рис. 6.3. К каждому байту данных добавляется стартовый бит, бит четности и стоп-бит. Это позволяет принимающему устройству UART распознавать начало каждого символа и обнаружить ошибку в разрядах из-за помех путем проверки на четность. Бит четности верный (1), если количество единиц в информационном байте четное.

Р и с. 6.3. Формат кадра по стандарту UART

Вариант кадров в соответствии с технологией HART (будет рассмотрена ниже) показан на рис. 6.4. Всем кадрам предшествует определенный набор шестнадцатеричных символов. Эти символы называются преамбулой и предназначены для синхронизации приемника. Каждая часть кадра, включая ограничитель, обеспечена двойной проверкой на четность в каждом передаваемом байте и контрольным байтом.

Кадр «КонтроллерДатчик»»

Преамбула

Ограничитель

Адрес

Команда

Счетчик байт

[Данные]

Контр. байт

Кадр «Датчик  Контроллер»

Преамбула

Ограничитель

Адрес

Команда

Счетчик байт

Статус

[Данные]

Контр. байт

Р и с. 6.4. Форматы HART-кадров

При пакетных посылках от нескольких групп источников могут вводиться параметры, по которым на приемном конце определяются номера узла учета и УСПД, а также режим настройки, в котором они функционируют. Последующие позиции кадра при этом занимают параметры датчиков (номер, конфигурация) и значения измеренных величин. В последних байтах может записываться служебная информация, код расшифровки (если информация защищена) и т.д. Длина и период следования кадра, его структура, длительность битового импульса, перечень служебных и других параметров обычно определяются используемыми стандартами, что позволяет унифицировать применяемое для передачи данных оборудование.

6.1.3. Мультиплексирование цифровых сигналов

При наличии нескольких передатчиков и приемников сигналов решаются задачи уплотнения сигналов и коммутации каналов передачи данных по одной или нескольким линиям связи для обеспечения высоких показателей трафика [124, 125]. Трафик – уtraffic) – входящий (исходящий) поток или объем информации, проходящей через канал связи. плотнение (мультиплексирование) traffic) – входящий (исходящий) поток или объем информации, проходящей через информации в одной линии связи – может производиться во времени, а также по частоте (спектру) и другим параметрам. Цифровые сигналы по определенному алгоритму обрабатываются мультиплексором, который обеспечивает их бесконфликтную транспортировку в уплотненном виде по линии связи.

Демультиплексор на приемном конце разделяет сигналы, которые при необходимости распределяются по адресатам. Аппаратура функционирует в соответствии c принятыми стандартами кодирования и уплотнения, параметрами используемых линий связи и количеством активных источников информации на один физический канал. Вариант временного уплотнения сигналов с заполнением пустых временных слотов показан на рис. 6.5.

Р и с. 6.5. Временное уплотнение сигналов по технологии StTDM

Наиболее часто применяют синхронную схему мультиплексирования с временным разделением каналов – Synchronous Time-Division Multiplexing (SyTDM) и асинхронную схему статистического мультиплексирования Statistical Time-Division Multiplexing (StTDM), на которой базируется пакетная коммутация. Технология SyTDM предусматривает использование мультиплексоров с целью предоставления фиксированной полосы пропускания для независимых источников, обеспечивая низкий уровень задержек и их вариацию, что очень важно для трафика реального времени.

Мультиплексор формирует из n входных цифровых потоков один выходной, состоящий из повторяющихся групп по n блоков. Теоретически обеспечивается скорость передачи данных порядка nС, где С – скорость передачи данных одного входного канала. Например, если в качестве входного используется основной цифровой канал со скоростью 64 кбит/с, то с помощью одного мультиплексора типа 1:n можно формировать потоки n64 кбит/с. Если подобным образом каскадировать мультиплексоры, то в результате можно получить некую цифровую иерархию скоростей. К недостатку синхронных методов относится то, что они не позволяют смещать блоки данных по времени для заполнения неинформационных «пустот» в канале. Это приводит к неэффективному использованию полосы пропускания.

Основным достоинством технологии асинхронной пакетной коммутации StTDM является предоставление возможности объединять различные типы трафика в единый поток с помощью механизма статистического мультиплексирования, позволяющего более эффективно использовать полосу пропускания. Статистический мультиплексор способен по своему алгоритму буферизовать (задерживать во времени) данные так, чтобы уплотнить трафик разных источников и приемников информации в один общий поток (см. рис. 6.3). Это позволяет избежать незаполненных участков и обеспечить максимально эффективное использование каналов. Недостаток – трудность поддержания гарантированной величины задержки и вариации источников информации.

Таблица 6.2