2,5 Гбит/с по лазерному лучу

Компания SONA Communications представила новую систему беспроводной оптической связи SONAbeam 2500-M, позволяющую достичь скорости передачи данных порядка 2,5 Гбит/с. Основа системы – четыре избыточных передатчика, работающих на длине волны 1550 нм с выходной мощностью лазерного сигнала 560 мВт. На пятикилометровом испытательном полигоне в ясную погоду, система отработала на максимальной скорости и практически без ошибок.

Контрольные вопросы

1. Какие технологии применяются для создания беспроводных сетей?

2. Перечислить основные технологии радиосетей.

3. Что такое точка доступа (access point)?

4. Что такое направленная и всенаправленная антенна?

5. Что такое роумингом (roaming).?

6. Перечислить технологии, альтернативные стандарту IEEE 802.11;

7. Охарактеризовать технологию 802.11.

8. Охарактеризовать технологию Bluetooth.

9. Охарактеризовать технологию HiperLAN.

10. Что такое оптические сети?

11. Что такое микроволновые системы?

12. Охарактеризовать стандарт IEEE 802.16 (WiMAX)?

13. Что такое беспроводные сети на базе низкоорбитальных спутников Земли?

14. Какие устройства входят в состав инфракрасной системы?

15. Что такое ИК-излучение?

16. Что такое атмосферная лазерная связь?

17. Как происходит прием и передача при атмосферной лазерной связи?

ЛЕКЦИЯ 12

Передача данных в гвс

Глобальные сети (WAN – Wide Area Networks)

Традиционным определением глобальных компьютерных сетей является следующее: “совокупность двух или более географически распределенных сетей”. Некоторые традиционалисты также дополняют это определение тем, что географически распределенные сети должны быть объединены некоторой общедоступной средой передачи (например, компания должна арендовать наземный цифровой канал связи или использовать спутниковую систему передачи данных). Но главный вопрос состоит в том, как понимать термин “географически распределенные сети”. Чем определяется распределенность? Должны ли каналы связи, соединяющие различные сети, быть действительно общедоступными? Ведь множество современных компаний сейчас имеют собственные выделенные каналы связи, соединяющие несколько сетей своих удаленных офисов на расстояниях нескольких десятков километров. А как определить вид соединения, обеспечивающего взаимодействие сетей в двух удаленных на 100 метров друг от друга зданиях? А если соединение организовано с использованием модемов передающих данные по телефонной линии? Это глобальная сеть или нет? Множество экспертов и в этом случае предпочтут не называть такие сети глобальными. Они будут относить их к категории городских сетей (MAN – Metropolitan Area Networking). Другие могут сказать, что городские сети являются подмножеством глобальных сетей. Таким образом, на данный момент устоявшегося определения с четко выраженными критериями для глобальных сетей не существует. В большинстве случаев считается, что сеть можно отнести к категории глобальной в случае удовлетворения ею хотя бы одного из перечисленных критериев: протяженность сети составляет несколько сотен километров; канал связи является медленным (для каждой компании понятие скорости определяется ее собственными потребностями); канал связи является невыделенным (например, соединение устанавливается в определенное время суток на ограниченный период с использованием модемов); канал связи арендуется компанией у провайдера и т.п. Рисунок иллюстрирует пример сетей двух филиалов, соединенных третьей сетью со штаб-квартирой компании. Каждая из сетей содержит несколько серверов, мэнфреймы и UNIX-машины. Один из офисов подключается к сети штаб-квартиры по телефонной линии с использованием асинхронного модема. Второй филиал подключен к сети штаб-квартиры с использованием арендованного канала связи обеспечивающего передачу информации с использованием протокола X.25.

Большинство глобальных сетей представляют собой комбинацию локальных сетей и коммуникаци­онного оборудования, которые соединены коммуникационными каналами. Они называются кана­лами связи. В качестве каналов связи ГВС могут выступать:

• сети с коммутацией пакетов;

• оптоволоконный кабель;

• микроволновые передатчики;

• спутниковые каналы;

• системы кабельного телевидения на коаксиальном кабеле.

Многиечастные компании арендуют каналы связи ГВС у поставщиков коммуникационных услуг, т.к. слишком дорого обслуживать их самостоятельно.

Для связи между локальными сетями может использоваться одна из следующих технологий передачи данных:

• аналоговая;

• цифровая;

• коммутация пакетов.

Эти методы передачи обычно реализуются в общедоступных или частных сетевых службах. Суще­ствует ряд различных служб. Двумя наиболее популярными являются телефонная коммутируемая сеть общего пользования PSTN и Internet.

Сети на основе телекоммуникационных каналов

Проще всего для реализации глобальных коммуникаций привлекать теле­фонные компании. Самые простые глобальные сети реализуются на базе обычных голосовых аналоговых линий, образующих обычную теле­фонную сеть (plain old telephone service, POTS), также называемую коммутируемой телефонной сетью общего пользования (public switched telephone network, I PSTN). Существует свыше 600 миллионов телефон­ных линий, подключен­ных к частным домам, офисам, учебным и правительственным организаци­ям. Для реали­зации коммуникаций по обычным телефонным сетям исполь­зуются стандартные аналоговые модемы. Топологию, используемую региональными телефонными станциями (RBOC), нередко называют облаком, по­скольку точный маршрут от точки к точке трудно проследить, и отдельные компании не распространяют эту информацию. Однако известна базовая топология между региональными телефонными станциями и поставщи­ками услуг дальней связи. Коммуника­ционные линии, предоставляемые региональной телефонной станцией, об­разуют каналы локальной области доступа и связи (local access and transport area, LATA). Линии, связы­вающие региональные телефонные станции и компании дальней связи, такие как AT&T, являются каналами владельца линий информационного обмена (interexchange carrier, IXC). С точки зрения топологии существует точка, в которой каналы LATA подключаются к каналам IXC, и эта точка называется точкой присутствия (point of presence, iPOP). Точка присутствия хорошо защищена и может даже размещаться под

•Землей для зашиты от постороннего вмешательства, неблагоприятных погодных воздействий и природных катаклизмов.

Для промышленных высокоскоростных цифровых коммуникаций по обыч­ным телефонным сетям исполь­зуются выделенные телефонные подключе­ния, такие как каналы типа Т (T-carrier). Канал типа Т (Т-ли­ния) — это выделенная телефонная линия, которая может использоваться для непре­рывной пере­дачи данных между двумя различными точками. Например, в некоторых университетах Т-линии приме­няются для подключения к Интер­нету. В некоторых штатах Т-линии связывают подразделения и колледжи с правительственными офисами, расположенными в столице штата. Эти ли­нии обеспечивают надежную связь на очень больших расстояниях. Логиче­ски Т-линии образуют такую топологию, в которой вирту­ально отсутствуют устройства между двумя локальными сетями, как показано на рис. 2,15.

Простейшая Т-линия, называемая Т-1, обеспечивает передачу данных со скоростью 1,544 Мбит/с, и не­сколько линий могут группироваться для соз­дания составных каналов высокоскоростной связи .

Альтернативой Т-линиям являются Swiched 56 -синхронные коммуникационные каналы с частотой 56 Кбиг/с и коммутируемые асинхронные каналы со скоростью передачи 57,6 Кбит/с. Обе технологии обеспечивают передачу цифровых данных с использованием методов сжатия информации и методов коммута­ции каналов), что в совокупности позво­ляет почти в четыре раза увеличить реальную пропу­скную способность линий. Использование коммутируемых каналов с частотой 56 Кбит/с объяс­няется их меньшей стоимостью по сравнению с Т-линиями , т.к.что эта служба используется только по мере необходимости, не требуя оплаты выделенной линии. На каждом абоненте, работающем с этой служ­бой, надо установить специальное устройство соединения с другим абонентом., и компании приме­няют эти каналы в качестве резервных при выходе из строя основной Т-линии.

Сети на основе каналов кабельного телевидения

В глобальных сетях на основе линий кабельного телевидения применяется распределенная архитектура, в со­став которой входит несколько звездооб­разных центральных узлов. Главной точкой звезды является головной узел (headend), представляющий собой принимающий центр для сигналов от различных источников, включая спутники, магистральные кабели и локаль­ные телестанции. Головной узел — это совокупность антенн, кабель­ных разъемов, радиорелейных вытек и спутниковых тарелок (параболических антенн); он фильтрует все входя­щие сигналы и передает их на удаленные распределительные (коммутационные) центры. Распределительные центры содержат передающее оборудование, которое усиливает и передает кабельные сигналы специальным смежным точкам (коммутации, называемым магистральными кабелями или фидерами (feeder cable). Отдельные здания и офисы подключаются к фидерам с помощью ответвительных кабелей или отводов, подобно тому, как тонкие электри­ческие провода подходят к домам от основных линий, расположенных на телеграф­ных столбах. Главная задача при построении кабельной службы — обеспе­чить правильное сочетание величины усиления сигнала и длины кабелей, чтобы уменьшить потери и искажения сигнала на принимающем конце.

Для преобразования кабельного сигнала в сигнал, используемый компьюте­ром, применяются специально раз­работанные кабельные модемы. Для пере­дачи данных кабельный модем использует восходящие и нисходящие часто­ты (каналы), которые уже реализованы кабельной службой. Восходящий канал применяется для передачи исходящего сигнала, при этом спектр (непрерывный диапазон частот) содержит данные, звук или телевизион­ный сигнал. Нисходящий канал используется для приема сигналов, он также смешивается с другими входя­щими сигналами данных, аудио- или телесиг­налами.

Методы передачи данных в глобальных сетях .

Виды коммутаций

Коммутация – важный метод, определяющий реализацию соединений и обработку переме­щения данных в глобальной сети. Для маршрутизации сообщений в интерсетях применяются три ос­новных метода: коммутация пакетов, коммутация сообщений и коммутация каналов. При пере­даче данных по глобальным сетям используются различные методы коммутации каналов, когда для осущест­вления коммуникаций создается один или несколько информационных маршрутов, называемых каналами.

Каналы могут быть образованы как с помощью одного коммуникационного кабеля, так и с помощью несколь­ких кабелей, образующих маршруты передачи данных. Коммутация позволяет множеству узлов передавать и прини мать данные одновременно, а также обеспечивает передачу информации по разным маршрутам для дос­тижения максимальной эффективности в плане скорости и стоимости передачи. Ниже перечислены основные методы ком­мутации, используемые в глобальных сетях:

- множественный доступ с временным разделением (уплотнением) каналов; - множественный доступ с частот­ным разделением каналов; - статистический множественный доступ; - коммутация каналов; - коммутация со­общений; - коммутация пакетов (или пакетная коммутация).

При множественном доступе с уплотнением каналов (time division multiple access, TDMA) время доступа к каналам делится на отдельные интервалы. Каждый временной интервал предназначается для конкретного узла сети, как будто тот подключен к выделенной линии. Устройство коммутации в глобальной сети переключает эти временные интервалы для отдельных ка­налов. Это напоминает сетку круглосуточного телевизионного ве­щания, при котором интервал, начинающийся с 18:00, отводится для новостей, в 18:30 начинаются развлека­тельные новости, а в 19:00 — семейная комедия. Мно­жественный доступ с уплотнением каналов не гарантирует наиболее эффек­тивное использование сетевой среды, поскольку в каждый момент времени передача данных выполняется только по одному каналу. Также важна син­хронизация времени работы узла, т. к. узел может на­чать передавать данные в момент, не совпадающий с выделенным ему временным интервалом. Кроме того, со­гласно спецификациям IEEE, каждому пакету выделено вре­мя, в течение которого он должен быть передан по всей сети для того, что­бы избежать конфликтов со следующим посланным пакетом.

При множественном доступе с частотным разделением каналов (frequency division multiple access, FDMA) каналы делятся не по времени использова­ния, а по частоте. Каждый канал имеет собственную несущую частоту и по­лосу пропускания. По мере передачи данных коммутатор переключает эти частоты. Это похоже на то, как четыре слушателя в наушниках вместе слу­шают радио, настроенное на прием четырех каналов. Первый человек может слушать станцию классической музыки, второй — ток-шоу, третий — бейс­больный матч, а чет­вертый — новости. Каждый слушатель использует неза­висимую частоту. Радиоприемник передает сигнал по каждому каналу так быстро, что никто не может сказать, что каналы быстро переключаются по мере приема сигнала каждой частоты.

Статистический множественный доступ (statistical multiple access) (или ста­тистическое уплотнение) ис­пользуется во многих технологиях глобальных сетей. Этот метод более эффективен по сравнению с описан­ными выше методами ТОМА и FDMA, поскольку полоса пропускания передающей среды (кабеля) распределя­ется динамически по требованию приложений. Комму­татор непрерывно анализирует каждый канал и опреде­ляет наличие запро-сов на передачу данных. Например, в некоторый момент канал должен пе­редать большой графический файл, а затем он может быть свободным. Алгоритмы коммутации определяют полосу пропуска­ния, необходимую для передачи файла. После того как он передан, коммутатор выделяет полосу другому ка­налу. Это можно сравнить с тем, как операционная система рабо­чей станции автоматически определяет объем памяти, выделяемой трем одно­временно выполняющимся приложениям. Она может выделить 15 Кбайт/с для обработки текстового файла, 7 Мбайт/с — для сканирования изображе­ния, и 1,2 Мбайт/с — для печати графи­ческого изображения.

Коммутация каналов(circuit switching). При коммутации каналов между отправителем и получателем уста­навливается выделенное физическое соединение, поддерживаемое все время передачи. На­при­мер: после набора номера устанавливается связь между телефонными аппаратами. Анало­гично, пе­редающий компьютер запрашивает соединение с адресатом, а затем получатель дает сигнал о готов­ности к приему. Когда диалог заканчивается, отправитель передает сигнал по­лучателю о конце ра­боты и отключается.

Основное преимущество коммутации каналов в том, что выделенный канал обеспечи­вает гаранти­рованную производительность. Кроме того, после создания канала задержки дос­тупа отсут­ствуют, т.к. канал всегда доступен. К недостаткам относится неэффективное ис­пользование среды передачи. Соединение остается выделенным и в периоды простоя. Выде­ленные каналы требуют большей полосы пропускания, чем не выделенные, поэтому стоят до­роже невыделенных. Кроме того, для этого характерны задержки соединения (подключение занимает до нескольких секунд).

Коммутация сообщений (message switching). При коммутации сообщений выделенный маршрут между устрой­ствами не устанавливается. Каждое сообщение представляет собой независимую еди­ницу и включает в себя адреса отправителя и получателя. Все сообщения передаются от одного уст­ройства к другому по сети. Каждое промежуточное устройство хранит у себя сообщение, пока сле­дующее не будет готово его принять. Поэтому такие сети называют иногда называют се­тью с про­межуточным хранением. Коммутаторы сообщений можно запрограммировать о наиболее эффектив­ных маршрутов Роль коммутаторов сообщений часто выполняют ПК со специальным программным обеспечением. ПК должен быть готов к хранению сообщений любой длины. Одним из примеров системы с промежуточным хранением является электрон­ная почта.

С другой стороны, задержка из-за передачи сообщений с промежуточным хранением делает комму­тацию сообщений неподходящей для приложений реального времени, например для передачи речи или видео. Подобные приложения (например, видеокоференции) требуют ком­мутации каналов. Еще один недостаток – высокая стоимость оборудования, т.е. промежуточ­ных устройств.

Коммутация пакетов (packet switching) представляет собой комбинацию методов коммутации ка­налов и сообщений. При ее использовании устанав­ливается выделенный канал между двумя взаимо­действующими узлами, од­нако этот канал является логическим, а не физическим. Хотя для осуществ­ления сеанса передачи данных могут использоваться несколько различных физических маршрутов, каждый узел знает только об одном выделенном канале. Преимуществом данной техно­логии является то, что в зависимости от типа и объема посылаемых данных может быть выбран наи­лучший мар­шрут, что предоставляет возможность для реализации скоростных коммуни­каций. Ком­мутация пакетов осуществляется подобно тому, как оптический перископ обеспечивает передачу изображения от точки к точке по нелиней­ному пути.

Коммутация пакетов предоставляет преимущества коммутации сообщений и коммутации каналов, но в то же время не имеет их недостатков.

Исходный блок данных разбивается на пакеты, и каждый пакет снабжается адресом получателя и другой служебной информацией. Это обеспечивает независимость передачи каждого пакета по сети.

При коммутации пакетов, каждый пакет передается промежуточными станциями по оптимальному на данный момент маршруту. Т.о. два пакета из одного источника могут следовать до адресата по различным маршрутам. Несмотря на порядок следования пакетов, принимающий компьютер в точ­ности восстановит исходное сообщение., используя последовательный номер встроенный в заголо­вок пакета.

К оммутаторы (switches) направляют пакеты по доступным маршрутам, Иногда такие сети называют “связью каждого с каждым”. Промежуточные станции анализируют пакет и передают его по опти­мальному доступному маршруту.

Независимая маршрутизация обладает двумя преимуществами:

• Позволяет управлять полосой пропускания, распределяя данные в загруженном канале по различ­ным маршрутам.

• Если в процессе передачи конкретный маршрут выходит из строя, то пакеты посылаются по дру­гому пути.

Основное отличие коммутации пакетов от коммутации сообщений в размере пакетов. Пакеты имеют небольшой размер. Если при передаче возникает ошибка, то повторно передать маленький пакет проще, чем большой. Кроме того, маленькие пакеты занимают коммутаторы в течении более корот­кого промежутка времени. Т.к. данные пакетов не записываются на жесткий диск, то коммутация па­кетов работает быстрее.

Сети с коммутацией пакетов высокопроизводительны и эффективны. Эти сети дешевле,, т.к. предла­гают высокоскоростную связь с оплатой только передачи пакета, а не времени соединения.

Коммутация датаграмм пакетов. В такой сети сообщение разбивается на потоки пакетов. Каждый пакет адресуется отдельно, как независимая единица, а не как фрагмент более крупного блока.

Большая часть сетей с коммутацией пакетов использует виртуальные каналы, это каналы состоящие из цепочки логических связей между отправителем и адресатом. В отличие от постоянного физиче­ского соединения, полоса пропускания в виртуальных каналах предоставляется по требованию. Со­единение устанавливается после того, как два компьютера обменялись информацией и договорились о параметрах связи канала. В эти параметры входит максимальный размер сообщения и путь пере­сылки данных. Надежность будет гарантирована, если для виртуальных каналов установить следую­щие параметры:

• наличие подтверждений;

• управление потоком данных;

• контроль ошибок.

Виртуальные каналы могут существовать как в течении короткого диалога (временные), так и всего времени работы(постоянные).

При использовании коммутируемых виртуальных каналов SVC передача данных осуществля­ется по конкретному маршруту. Пока не прервано соединение, канал будет получать сетевые ре­сурсы, а маршрут – право на существование. Постоянный виртуальный канал PVC аналогичен выделенной линии, существует всегда, но оплата идет только за время пользования.

Логическое соединение, устанавливаемое передающей и принимающей машинами, называется вир­туальным, т.к. никакого выделенного физического канала между ними не существует, хотя ПК функ­ционируют так, как будто он имеется. Логическое соединение поддерживается в сети. Каждый узел в логическом маршруте может выполнять коммутацию и контроль ошибок.

Коммутация пакетов имеет одно значительное преимущество над коммутацией каналов – улучшает пропускную способность сети, позволяя устройств взаимодействовать по одному и тому же сетевому каналу. Коммутирующий узел может параллельно маршрутизировать пакеты нескольким получате­лям и настраивать маршруты смотря по обстоятельствам. К недостаткам относятся задержки при коммутации, хотя и меньшие, чем при передаче сообщений.

Передача ячеек

Обычно ячейка (cell) содержит фрагмент данных фиксированной длины в

формате, пригодном для передачи с большими скоростями — от 155 Мбит/с

до 1 Гбит/с и выше.

Как показано на рис. 3.9, ячейка имеет заголовок (header), в котором содержится следующая информация:

данные для управления потоком, координирующие передачу информа­ции между исходным и целе­вым узлами;

информация о маршруте и канале, позволяющая передавать данные по кратчайшему маршруту; ,

признак, указывающий на то, содержит ли ячейка реальные данные или управляющую информа­цию для осуществления высокоскоростного со­единения;

сведения об ошибках.

Заголовок Информация, управляющая ячейкой Полезная нагрузка фиксированной длины Рис, 3.9. Общий формат ячейки

Имеющая фиксированную длину полезная нагрузка ячейки отличается от реальных данных, содержащихся в пакете. В зависимости от протокола, па­кеты содержат данные переменной длины, которая кратна байту (8 би­там). Например, данные в пакете распространенного стандарта Ethernet могут иметь длину от нескольких сот до нескольких тысяч бит.

Методы передачи сигналов в глобальных сетях

Для пересылки данных в глобальных сетях используется несколько методов передачи сигналов (типов ком­муникационной среды). Здесь приведено лишь кратко описаны методы передачи физических сигналов, приня­тые в различ­ных глобальных технологиях; более подробно реальные технологии, включая форматирование фреймов, будут рассмотрены в последующих лекциях.

Чаше всего в глобальных сетях используются следующие методы передачи сигналов:

двухточечные соединения;

Т-линии;

SONET;

ISDN.

Ниже каждый из перечисленных методов описывается подробнее.

Двухточечные соединения

Самым распространенным способом передачи данных в глобальных сетях являются двухточечные соединения по общедоступным коммутируемым теле­фонным линиям или выделенным каналам. Например, простейшая глобаль­ная сеть образуется всякий раз, когда выполняется межмодемное соедине­ние по телефонной линии. Модем на отвечающей стороне может быть подключен к сети или к компьютеру, находящемуся на большом удалении (до нескольких тысяч километров). Физическая коммуникационная среда представляет собой анало­говую цепь, проходящую через телефонные стан­ции и обеспечивающую соединение только на время сеанса связи.

Другим видом двухточечных соединений является связь по выделенным те­лефонным линиям (например, по специализированным цифровым Т-линиям), которые могут использоваться только между двумя точками (к примеру, между головным офисом компании и ее подразделением). В этом случае при установлении сеанса связи не нужно каждый раз набирать номер и искать коммутируемую цепь. Иногда в выделенных линиях ис­пользуется по­давление шума, и в целом они обеспечивают более надежную связь, чем коммутируемые линии. В зависимости от типа выбранной службы выделен­ных каналов, линия может поддерживать аналоговые или циф­ровые комму­никации.

Т-линии

Т-линии являются методом передачи данных в глобальных сетях, который обычно существует между телеком­муникационными компа­ниями (хотя собственные Т-линии могут быть и в крупных корпорациях). Базовые службы Т-линий часто имеют названия в виде Т~х или DS-jt, где х означает уровень передаваемого сигнала. Эти названия взаимозаменяемы, однако между ними существует и различие. Название DS-x относится к Физиче­скому уровню модели OSI, на котором определяются электрические па­раметры сигнала (например, его тип и напряжение в вольтах). Название Т- jt,относится к Канальному уровню, на котором решаются задачи выбора про­токола и способов форматирования данных.

В Т-линиях, применяемых для построения глобальных сетей, используется цифровая передача данных, для которой обычно выбирается сигнал из груп­пы каналов, предоставляемых телекоммуникационной компанией. Сущест­вуют пять типов сигналов группы каналов: с D-l no D-4 и Digital Carrier Trunk (транк, цифровая комму­никационная магистраль). Сигнал D-1 был первым типом сигналов для коммуникаций по Т-линиям. В нем для переда­чи информации используются семь разрядов, а один дополнительный раз­ряд служит для управления и синхронизации. Отдельная группа каналов D-1 имеет 72 канала.

Сигналы D-2 разработаны для повышения производительности и уменьше­ния издержек сигналов D-1. В сигна­лах D-2 все восемь разрядов использу­ются для передачи информации, и в каждом шестом фрейме, посылаемом по Т-линии, присутствуют команды управления и синхронизации. Благода­ря этим усовершенствованиям, группа каналов D-2 имеет 96 каналов.

Цифровая коммуникационная магистраль (Digital Carrier Trunk, DCT) — это новейший тип канальных групп, позволяющий уменьшить стоимость услуг благодаря снижению затрат на оборудование и эксплуатацию. Для передачи информации в Т-линиях используется один из двух методов коммутации: множественный доступ с временным разделением, или уплотне­нием (time division multiple access, TDMA), и комбинация ТОМА со стати­стическим множественным доступом). Такая комбинация пред­ставляет собой быструю технологию коммутации пакетов, позволяющую службам Т-линий учитывать различные приоритеты доступа к каналу, воз­никающие при передаче речевых сигналов, видео и данных. Физическое устройство, используемое для комму­тации, называется мультиплексором. Это устройство принимает множество входных сигналов от нескольких источни­ков и передает их в одну (чаще всего) или несколько совместно используе­мых высокоскоростных пере­дающих сред. Оно просто переключает каналы, обеспечивая передачу принимаемой информации на нужный канал.

Synchronous Optical Network (SONET)

Технология SONET (Синхронная оптическая сеть), известная в некоторых странах как Synchronous Digital Hierarchy, является технологией глобальных сетей и функционирует на первом (физическом) уровне модели OSI. Стандарт SONET был разработан ANSI и затем, вторично, утвержден ITU. Стандарт SONET определяет скорости передачи данных в диапазоне от 51.8 Mbps до 2.48 Gbps.

Характеристики

SONET является технологией передачи данных с использованием оптического кабеля в качестве среды передачи. Стандарт предоставляет гибкость в поддержке множества цифровых сигналов обладающих различными характеристиками. Часто обмен данными вызывает сложности из-за применения различных скоростей передачи данных в линиях связи. Например, как описывалось выше, технология ISDN в США использует линии T1 (1.544 Mbps), а в Европе – линии E1 (2.048 Mbps). SONET решает эти проблемы определяя правила работы коммутаторов и мультиплексоров и обеспечивая координацию их совместных действий. Такая координация позволяет использовать линии с различными скоростями передачи данных.

Преимущества

Стандарт SONET определяет скорости обмена и форматы пакетов данных для любых производителей, потенциально устраняя все несоответствия в выпускаемом по всему миру оборудовании для оптических сетей. SONET также определяет средства диагностики, необходимые для использования в телефонных компаниях. Технологии передачи данных с использованием ячеек, например, Switched Multimegabit Data Services (SMDS) и ATM работают "поверх" SONET, делая SONET основой для будущего развития оптических сетей.

Недостатки

Некоторые телефонные компании уже используют технологии SONET в своих сетях, но не предоставляют эти сети для публичного использования. До тех пор, пока Ваша организация не станет крупной корпорацией в Вашем городе, Вы вероятно, не сможете получить выделенный доступ к сервисам SONET. Также те страны, которые до сих пор не используют цифровые оптические сети, не смогут получить преимуществ и от SONET.

Integrated Services Digital Network (ISDN)

ISDN – это набор протоколов, разработанный ITU. Эти протоколы предоставляют возможность обмена данными в виде передачи цифровых сигналов по цифровым телефонным линиям. При этом данные могут представлять собой комбинацию видео-, звуковых и других данных. Из-за возможностей таких комбинаций и произошло название ISDN ("цифровая сеть интегрированных сервисов"). Протоколы ISDN функционируют на четырех нижних уровнях модели OSI (физическом, канальном, сетевом и транспортном). ISDN предоставляет возможность обмена данными со скоростями находящимися в диапазоне от 56 Kbps до 1.544 или 2.048 Mbps в зависимости от страны, где устанавливается сеть ISDN (скорость 1.544 Mbps принята в качестве стандарта в США, а 2.048 Mbps – в Европе).

Характеристики

ISDN предоставляет возможность обмена цифровыми данными с использованием телефонных линий. Несмотря на то, что в большинстве стран Европы и США большинство телефонных сетей являлось цифровыми, тем не менее, домашние и офисные телефоны обычно подключались по аналоговым линиям к телефонным сетям того или иного провайдера телекоммуникационных услуг. ISDN создавалась как технология, призванная решить эту проблему – довести цифровые каналы связи до каждого офисного и домашнего телефона. ISDN имеет несколько технологических решений, обеспечивающих заказчика необходимой производительностью канала связи. Для частных лиц и небольших офисов, в основном, предоставляются линии с "базовой скоростью" (Basic Rate Interface – BRI). Для крупных компаний предоставляются линии Primary Rate Interface – PRI. BRI использует два "несущих" (bearer – B) канала связи с пропускной способностью 64 Kbps каждый для приема и передачи данных и один управляющий канал (delta – D) для установки и поддержания соединения.

PRI – это совокупность нескольких цифровых линий, используемых параллельно для приема и передачи данных. Такие совокупности линий получили условные обозначения T1 и E1. В США стандартом является применение линий T1. T1 состоит из 23 B-каналов и одного D-канала с суммарной пропускной способностью 1.544 Mbps. T1. В Европе используются линии E1. E1 состоит из 30 B-каналов и одного D-канала с суммарной пропускной способностью 2.048 Mbps. Существует возможность использования не всей пропускной способности линий T1 или E1, а лишь ее части (fraction) (оставшаяся пропускная способность канала может быть предоставлена другим организациям). В этом случае говорят , что организация использует "частичный канал T1" (fractional T1 или fractional E1). ISDN требует применения специального оборудования, включающего в себя цифровые телефонные линии и преобразователей (network termination unit – NT-1). NT-1 преобразует входной сигнал в цифровой, равномерно распределяет его по каналам для передачи и выполняет диагностический анализ состояния всей линии передачи данных. NT-1 является и точкой подключения к цифровой сети различного оборудования: телефонов, компьютеров и т.п. Также NT-1 может выполнять функции преобразователя для подключение оборудования, самостоятельно не поддерживающего ISDN.

Преимущества

ISDN позволяет увеличить скорость обмена данными с дополнительными возможностями интеграции данных, голоса и видео в единый поток. ISDN может использоваться везде, где необходимо обеспечить взаимодействие нескольких удаленных офисов или требуется подключение к Интернет. ISDN может ограниченно использоваться в качестве магистрального соединения нескольких локальных сетей. С использованием ISDN Вы имеете возможность передавать данные и голосовой трафик одновременно по одной телефонной линии. Например, один "базовый интерфейс" (BRI) позволяет использовать два B-канала для передачи данных (суммарно со скоростью 128 Kbps) и одновременно задействовать часть D-канала для разговора по телефону.

Недостатки

Несмотря на широкую распространенность в Австралии, Японии и Западной Европе, ISDN доступна лишь в ограниченных частях США и фактически не распространена в России. Быстрое распространение ISDN затрудняется по нескольким причинам. Первая состоит в необходимости четкого осознания заказчиками потребности использования интегрированных сервисов передачи данных. Вторая причина – необходимость преобразования существующей инфраструктуры телефонных сетей, что неминуемо влечет существенные затраты. И последняя, самая весомая причина состоит в том, что для получения всех преимуществ ISDN, Вы должны обмениваться данными с клиентом, также использующим ISDN.

IEEE 1394 (Firewire)/USB

Стандарты IEEE 1394 (также известный как "Fireware") и Universal Serial Bus (USB) описывают правила взаимодействия компьютеров и периферийных устройств.

Характеристики

Стандарт IEEE 1394 описывает правила высокоскоростного обмена данными с периферийным оборудованием требующим высокой производительности, например, сканерами, цифровыми видеокамерами, переносными средствами хранения данных. В отличие от IEEE 1394, стандарт USB более предпочтителен для формирования правил обмена данными с периферийным оборудованием, не требующим высоких скоростей передачи данных, например, таким как мышь, клавиатура. Обе технологии в соответствии со стандартами подразумевают использование простых кабелей с разъемами похожими на телефонные или разъемы RJ-45 Ethernet. Сейчас большинство компьютеров имеют встроенную поддержку USB. Порты подключения IEEE 1394 будут интегрированы в компьютерное оборудование в ближайшем будущем.

Преимущества

Наиважнейшим преимуществом обоих стандартов является простота использования. Оба стандарта поддерживают режим "hot swapping" (возможность подключения и отключения оборудования без необходимости его отключения и автоматического распознавания подключенного оборудования без необходимости перезагрузки операционной системы компьютера). Такой режим невозможен при использовании существующих параллельных (parallel) и последовательных (serial) портов подключения оборудования. В дополнение к режиму "hot swapping", оба стандарта подразумевают возможность подключения оборудования в виде цепочки (daisy chain). Такой способ включения оборудования позволяет с использованием единственного разъема компьютера подключать к нему несколько десятков устройств (за счет специальной конструкции разъем первого устройства соединяется с разъемом компьютера, разъем второго устройства соединяется с разъемом третьего устройства и т.п.). В результате – возможность быстрого и удобного подключения нового оборудования и отключения лишнего. Стандарт IEEE 1394 позволяет организовать цепочку до 63 устройств, а USB – до 128 устройств. Еще одним преимуществом стандартов является обеспечение скоростей передачи данных в несколько раз больших, чем с использованием параллельных или последовательных портов. Стандарт USB обеспечивает скорость обмена данными 12 Mbps, а IEEE 1394 – 400 Mbps.

Недостатки

Основным и общим недостатком этих двух технологий является относительно малое на сегодняшний день количество их реализаций в выпускаемом оборудовании. И даже несмотря на то, что технология USB более известна чем IEEE 1394, периферийное оборудование ориентированное на USB является значительно белее дорогим, чем подключаемое с использованием старых технологий. А оборудование, ориентированное на IEEE 1394 обладает еще большей стоимостью. Но по мере увеличения количества выпускаемого оборудования ориентированного на эти технологии, его стоимость значительно снизится.

X.25

X.25 является широко применяемым стандартом глобальных сетей определяющим правила функционирования протоколов третьего (сетевого) уровня модели OSI. X.25 был разработан Интернациональной организацией по стандартизации телекоммуникационных протоколов и оборудования (ITU) и также включает в себя стандарты на функционирование протоколов физического и канального уровней модели OSI. Эти протоколы носят названия Link Access Procedure Balanced (LAPB) и X.21 соответственно. X.25 обеспечивает скорость обмена данными в диапазоне от 9.6 Kbps до 256 Kbps в зависимости от используемого канала связи.

Характеристики

X.25 определяет правила передачи данных между несколькими сетями с применением промежуточного канала связи использующего технологию коммутации пакетов (например, CompuServe или Tymnet). X.25 разрабатывался для работы с низкокачественными средами передачи. Поэтому стандарт определяет правила, в соответствии с которыми каждый узел сети с коммутацией пакетов перед дальнейшей отправкой данных обязан полностью обрабатывать каждый пакет, проверяя его содержимое на отсутствие ошибок.

Преимущества

Принципы работы X.25 обеспечивают простое понимание правил передачи данных и надежность их доставки адресату. Передача данных по протоколу X.25 возможна с использование большого количества видов физических каналов связи: телефонных линий, линий ISDN (Integrated Services Digital Network) и выделенных каналов связи. Простота X.25 обуславливает его относительную дешевизну использования. За счет большого распространения по всему миру, технология передачи данных X.25 может являться наилучшей из доступных для организации глобальных каналов связи.

Недостатки

Несмотря на большую распространенность, технология X.25 обеспечивает низкие скорости передачи данных в сравнении с более новыми технологиями. Необходимость проверки каждого пакета на отсутствие ошибок в передаваемых данных существенно ограничивает возможности увеличения скорости передачи данных. Возможность использования пакетов данных переменной длины замедляет работу узлов сети выступающих в качестве посредников при передаче данных. Дополнительным ограничением является то, что большинство пользователей сетей X.25 подключаются ним с применением модемов имеющих аппаратные ограничения на скорость передачи данных от 9.6 Kbps до 56 Kbps. Таким образом, оставаясь на данный момент самой распространенной технологией передачи данных в глобальных каналах связи, X.25 постепенно уступает свои позиции новым, более быстрым технологиям.

Frame Relay

Frame Relay, как и X.25 является технологией передачи данных применяющейся для построения глобальных сетей. Разработанная ANSI и ITU, Frame Relay функционирует на втором (канальном) уровне модели OSI и предоставляет возможности передачи данных со скоростями от 56 Kbps до 1.544 Mbps.

Характеристики

Frame Relay, также как и X.25, определяет правила передачи данных в промежуточном канале связи с коммутацией пакетов, обеспечивающим возможность обмена данными между несколькими локальными сетями. Этом стандарт похож на упрощенный X.25 разработанный с учетом преимуществ использования цифровых каналов связи. Обслуживание сетей по протоколу Frame Relay обычно осуществляется телекоммуникационными провайдерами. У заказчика лишь устанавливается маршрутизатор подключаемый к выделенной физической линии связи. По этой линии данные передаются в сеть Frame Relay провайдера. Выделенные линии соединяющие сети различных заказчиков с сетью провайдера обеспечивают возможность создания "виртуальных каналов связи" между удаленными сетями заказчиков. Маршрутизаторы, работающие в сети заказчиков, инкапсулируют (встраивают) пакеты сетевого уровня (например IP или IPX) в пакеты Frame Relay (канальный уровень) и передают их в сеть использующую технологию коммутации пакетов (сеть Frame Relay провайдера). Также как и X.25, Frame Relay допускает использование пакетов различной длины, но в отличие X.25, не занимается проверкой пакетов на отсутствие ошибок. Станции-посредники в сети Frame Relay просто считывают заголовки поступающих пакетов и передают их дальше. Обеспечение надежности и корректности передачи данных в сетях Frame Relay возлагается на конечные станции (отправитель и получатель). Принимающая сторона проверяет пришедший пакет и в случае обнаружения ошибок, посылает запрос на повторную передачу данных.

Преимущества

Frame Relay имеет несколько преимуществ по сравнению с X.25. Наиболее важным из них является скорость передачи данных. Столь существенное увеличение производительности сети обеспечивается за счет подключения сети заказчика к сети Frame Relay с использованием выделенного физического канала связи, а не модемного соединения. Второй подход, обеспечивающий ускорение передачи данных – отсутствие проверки возможных ошибок в передающихся пакетах данных. Стандарт Frame Relay завоевал популярность во многих странах и наконец, является менее дорогой технологией по сравнению с другими технологиями глобальных сетей, так как предоставляет необходимую производительность заказчику по мере необходимости, а не резервируя канал фиксированной производительности независимо от того, передается ли по нему большой или маленький поток данных.

Поскольку сети Frame Relay достаточно сложны в построении, существует большое количество фирм работающих на рынке телекоммуникационных услуг и предлагающих помощь заказчикам в выборе и установке оптимальной конфигурации сети.

Недостатки

Несмотря на то, что сети Frame Relay передают данные существенно быстрее сетей X.25, тем не менее скорость ограничивается необходимостью обработки пакетов различной длины. В результате – Frame Relay не имеет возможности корректно осуществлять передачу данных для приложений требующих малого времени задержки при передаче данных (например, видео- или аудиоинформация передающаяся в реальном времени).

Frame Relay также значительно сложнее в установке, чем X.25. Заказчики, желающие использовать Frame Relay, вынуждены заключать договоры с телефонными компаниями, предоставляющими выделенные каналы связи, а также покупать маршрутизаторы, поддерживающие технологию Frame Relay.

Asynchronous Transfer Mode (ATM)

ATM является технологией, применяемой как в локальных, так и глобальных сетях. В большинстве случаев возможности ATM применяются при создании магистральных каналов связи. Точной привязки ATM к модели OSI в настоящее время не существует, однако принято относить ее ко второму (канальному) уровню модели. ATM отлично масштабируется, обеспечивая скорости передачи данных в диапазоне от 25 Mbps до 2.4 Gbps (Гигабит в секунду). Столь широкий диапазон скоростей и обеспечивает возможность применения ATM в самых различных конфигурациях сетей. Скорость 25 Mbps обычно используется в сегментах кабеля, соединяющего рабочую станцию и коммутатор. В магистральных каналах связи принято использовать скорости передачи 100 Mbps или 155 Mbps. И наконец, при совместном использовании технологий ATM и SONET удается получить производительность передачи данных равную 2.4 Gbps (для получения более подробной информации о технологии SONET см. эту главу ниже).

Характеристики

ATM базируется на технологии передачи "ячеек" (cells). "Ячейка" – это небольшой пакет данных фиксированного размера равного 53 байтам. Вся информация в ATM передается в виде последовательности ячеек. При использовании в локальных сетях ATM функционирует на втором (канальном) уровне модели OSI. Но для описания всех механизмов работы ATM, канальный уровень разделяют на три подуровня: подуровень "LAN Emulation" (эмуляция локальной сети), подуровень "ATM Adaptation Layer" (AAL – уровень адаптации) и подуровень "ATM". Подуровень LAN Emulation предоставляет возможности интеграции ATM с существующими сетями Ethernet или Token-Ring без необходимости их модификации. В смешанной сети оборудование, обеспечивающее работу подуровня LAN Emulation, располагается сегментом Ethernet или Token-Ring и частью сети, работающей по технологии ATM. Это оборудование, используя все перечисленные ранее подуровни, обеспечивает преобразование пакетов Ethernet в ячейки при их передаче в сеть ATM. При передаче данных из сети ATM в Ethernet выполняется сборка (assemble) нескольких ячеек в один пакет. Подуровни ATM Adaptation Layer и ATM обеспечивают формирование ячеек. В большинстве реализаций подуровень AAL формирует из поступающего потока данных 48-байтные блоки, к которым подуровень ATM присоединяет 5-бафйтные заголовки окончательно формируя 53-байтную ячейку.

Преимущества

Большинство людей верят в то, что ATM вскоре станет полноценным промышленным стандартом передачи данных в локальных и глобальных сетях. И оснований опровергать эту веру становится все меньше – ATM прочно занимает позиции новой, современной, высокопроизводительной технологии передачи данных. Масштабируемость ATM фактически не имеет ограничений на увеличение скорости. Уже сегодня производительность ATM исчисляется единицами Гигабит в секунду. Но ее увеличение продолжается. Одной из причин столь высокой производительности ATM является использование ячеек. Благодаря их стандартному, не изменяющемуся размеру, время задержки ячейки возможно строго определить при прохождении любого участка сети. А потенциально высокая пропускная способность сред передачи данных таких как оптический кабель, предоставляет возможности использования ATM для передачи живого голосового или видео-трафика вместе с другими данными. ATM является очень гибкой технологией с точки зрения выбора среды передачи. В настоящее время существуют спецификации на построение сетей ATM с использованием неэкранированной витой пары (UTP), экранированной витой пары (STP) или оптического кабеля. Наиболее массово сейчас развертываются сети ATM на базе оптического кабеля. Несмотря на то, что ATM, в основном, видится как технология будущего, она уже сегодня отлично взаимодействует с сетями Ethernet и Token-Ring с использованием режима эмуляции (LAN Emulation).

Недостатки

Стандарт ATM до сих пор находится в стадии разработки. Без жесткой стандартизации в современной индустрии сложно гарантировать возможность прозрачного взаимодействия оборудования различных производителей. Вторым ограничителем быстрого распространения технологии ATM является ее стоимость. ATM является более дорогой технологией, чем аналогичные по скорости передачи данных технологии.

Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL)

ADSL (асимметричная линия передачи данных) является относительно новой, высокоскоростной технологией доступа к Интернет. Ее появление было вызвано необходимостью увеличения производительности каналов связи, используемых конечными абонентами для подключения к Интернет. Несмотря на то, что сейчас существует множество высокоскоростных технологий для предоставления высокоскоростного доступа к Интернет, например, выделенные линии или ISDN, тем не менее, все они характеризуются относительно большой стоимостью. Технология ADSL разрабатывалась как альтернативная технология, обладающая минимальной стоимостью. ADSL позволяет использовать существующие стандартные телефонные линии предоставляя конкурирующие по скорости решения с минимальной стоимостью.

Характеристики

Асимметрично разделяя полосу пропускания сигнала, ADSL позволяет получать данные со значительно большей скоростью, чем отправлять. При подключении к Интернет такая конфигурация является наиболее оптимальной – Вы посылаете небольшой запрос (порядка 5% от общего трафика), а остальная полоса пропускания канала связи отдается на получение данных.

Преимущества

Наиважнейшим преимуществом ADSL является ее стоимость. Несмотря на то, что модемы ADSL недешевы, тем не менее, их стоимость существенно ниже стоимости выделенных каналов связи или сетей ISDN. Поскольку ADSL позволяет использовать уже существующие телефонные линии, то не требуется модернизации старых или установки новых линий. Следующее важное преимущество – это скорость передачи данных. Скорость приема данных с использованием ADSL может достигать 8 Mbps, а передачи – 1 Mbps. Более того, одновременно с обменом данными Вы имеете возможность использовать эту же телефонную линию для голосового общения или, например, для передачи факса. ADSL резервирует часть полосы пропускания для такого рода аудиоинформации, что позволяет использовать телефонные линии более гибко и производительно, снижая стоимость эксплуатации оборудования.

Недостатки

Главным недостатком технологии ADSL является ее незначительная распространенность. В настоящее время ADSL доступна лишь небольшом количестве крупных городов. Технология ADSL вносит ограничения на максимальное расстояние конечного абонента от концентратора ADSL размещенного у телекоммуникационного провайдера. Поэтому не так много провайдеров Интернет на данный момент могут обеспечить необходимые требования по удаленности абонента от своего оборудования. Однако, по мере увеличения потребностей абонентов в повышении скорости подключения к Интернет, ADSL станет повсеместно используемой технологией доступа.

Вывод:

Существует ряд следующих технологий передачи данных, которые могут увеличить производитель­ность глобальных сетей.

Х.25 – это набор протоколов для сетей с коммутаций пакетов. Чтобы обеспечить оптимальную мар­шрутизацию в конкретный момент времени сети с коммутацией пакетов Х.25 использует любые дос­тупные коммутаторы, каналы связи и маршруты.

Frame relay – это технология коммутации пакетов, разработанная на основе Х.25. За счет уменьше­ния накладных расходов работает значительно быстрее Х.25. Требует применения совместимых с Frame relay маршрутизаторов.

АТМ – это широкополосный метод передачи данных ячейками фиксированной длины, равной 53 байта. Еще одна усовершенствованная форма коммутации пакетов. Единообразные кадры маршрути­зируются и передаются сетевым оборудованием гораздо быстрее, чем кадры произвольного размера. При наличии необходимых физических интерфейсов АТМ может использоваться с любой средой пе­редачи.

Basic Rate ISDN – служба, которая использует цифровой метод передачи. Делит доступную полосу пропускания на 2 В-канала по 64 Кбит/с и один D-канал на 16 Кбит/с. Служба Primary Rate ISDN имеет 23 В-канала по 64 Кбит/с и один D-канал на 64 Кбит/с.

FDDI – это высокоскоростная сеть с передачей маркера топологии «кольцо», которая использует оп­товолоконную среду передачи. Была разработана для высокопроизводительных компьютеров. Ис­пользуется в средах, которые соединяет такие компоненты, как большие компьютеры и мини-ком­пьютеры в компьютерных залах; для построения магистральных сетей; для сетей, требующих вы­сокой скорости передачи данных и относительно широкой полосы пропускания; иногда в высоко­скоростных оффисных сетях.

SONET – это новая оптоволоконная технология, которая может передавать данные со скоростью, превышающей гигабит в секунду.

SMDS – это коммутируемая служба, которую предлагают некоторые местные коммуникационные компании ,Использует такую же технологию ретрансляции кадров фиксированной длины, как и АТМ.

Передающее оборудование глобальных сетей

Передающее оборудование глобальных сетей предназначено для работы в обычных телефонных сетях, а также на выделенных линиях, таких как Т-линии и ISDN-линии. Они могут иметь аналоговые ком­поненты (например, модемы) или же быть полностью цифровыми (как для ISDN-коммуни­каций). Чаще всего это оборудование либо преобразует сигнал для передачи на большие расстояния, либо соз­дает множество каналов внутри одной коммуникационной среды, обеспечивая тем самым более высо­кую пропуск­ную способность.

Основные виды передающего оборудования глобальных сетей:

- мультиплексоры;

- группы каналов;

- частные телефонные сети;

- телефонные модемы

- адаптеры ISDN;

- кабельные модемы;

- модемы и маршрутизаторы DSL;

- серверы доступа;

- маршрутизаторы.

Мультиплексоры

Мультиплексоры (multiplexer, MUX) — это сете­вые устройства, которые могут принимать сигнал от мно­жества входов и передавать их в общую сетевую среду. Мультиплексоры по сути представля­ют собой коммутаторы и используются в старых и новых технологиях, в том числе:

- в телефонии для коммутации физических линий;

- при коммутации телекоммуникационных виртуальных цепей для созда­ния множества каналов в одной ли­нии (например, в Т-линиях);

- в последовательных каналах для подключения нескольких терминалов к одной линии (в локальных или гло­бальных сетях), для чего эта линия де­лится на несколько каналов;

- в технологиях Fast Ethernet, X.25, ISDN, ретрансляции кадров, ATM и других (для создания множества ком­муникационных каналов в одной ка­бельной передающей среде).

В технологиях X.25, ISDN и ретрансляции кадров мультиплексоры приме­няются для передачи данных с ком­мутацией пакетов. При этом мультиплек­сор работает как узел коммутации пакетов, принимающий данные от мно­гих узлов. Он подключен к одной кабельной передающей среде, которая делится на каналы или виртуальные сети. Мультиплексор хранит принятые пакеты до тех пор, пока не сможет открыть нужный ка­нал; он просто пере­ключается с одного канала на другой. Каждый пакет хранится до того мо­мента, пока мультиплексор не откроет канал для передачи. Пример подклю­чения мультиплексора приведен на рис. 4.12.

Мультиплексоры работают на Физическом уровне OSI, переключаясь между каналами. При этом исполь­зуется один из трех методов электрической коммутации или единственный метод при передаче по опти­ческой среде. Эти методы электрической коммутации: множественный доступ с уплотнением каналов (ТОМА), множественный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) и статистический множест­венный доступ.

При передаче по оптической среде применяется спектральное разделение (уплотнение) каналов (wave­length division multiplexing, WDM). Световую вол­ну можно представить как спектр, состоящий из волн различной длины, изменяемой в ангстремах. Ангстрем равен 10~'° м, а световая волна состоит из отдель­ных волн длиной от 4000 до 7000 ангстрем. При использовании спектрального разделения несколько входящих соединений преобразуются в набор волн различной длины в пределах спектра света, переда­ваемого по оптоволоконному кабелю.

( Совет )

Некоторые мультиплексоры поддерживают протокол SNMP и обладают функ­циями управления, что позволяет улучшить мониторинг и управляемость сети.

Группы каналов

При своем появлении группы каналов (channel bank), или канальные груп­пы, представляли собой уст­ройства, позволяющие пропускать несколько входящих речевых сигналов по одной линии, а мультиплек­соры преобразо­вывали несколько сигналов данных для передачи по одной линии. Необхо­димость пере­дачи голоса, данных и видео привела к быстрому развитию те­лекоммуникационных групп каналов, и в настоящее время с их помощью можно как передавать речевые сигналы, так и выполнять мультиплексиро­вание данных, речи и видео. Таким образом, группа каналов — это крупный мультиплек­сор, объединяющий телекоммуникационные каналы в одном месте, называемом точкой присутствия (point of presence, POP). Эти каналы могут представлять собой частные линии Т-1, полные линии Т-1 и Т-3, ка­налы ISDN или каналы с ретрансляцией кадров. Первые группы каналов типа D-1 состояли из муль­типлексоров Т-l. Усовершенствова­ния групп каналов привели к появлению D-4 и менее дорогих систем циф­рового доступа и коммутации (DACS). Там, где интенсивно используются выделенные линии, суще­ствуют также группы каналов Т-3, ISDN и с ретрансляцией кадров.

В пределах точки присутствия (POP.) несколько групп каналов связываются между собой для того, чтобы входящий трафик из одной группы каналов Можно было переключать на другую группу каналов и от­правлять к точке назначения. Все каналы во входящей линии (например, линии Т-1) объеди­няются и могут быть перенаправлены в другую группу каналов. Можно так же перенаправить в другую группу только один из входящих каналов. Для соединения групп каналов существуют два метода маршрутиза­ции, которые по сути напоминают динамическую и статическую маршрутизацию в сетях. Таким образом, современные группы каналов располагают таблицами мар­шрутизации, которые либо поддерживаются автоматически, либо настраи­ваются администраторами. В зависимости от сетевой архитектуры точки присутствия, информация о маршрутизации может храниться либо центра­лизованно в одной из групп каналов, либо распределяться между установ­ленными группами.

Многие телекоммуникационные компании применяют группы каналов, по­этому при отказе основного маршрута передачи сигналов имеются альтерна­тивные пути пересылки сигналов. Эти компании устанав­ливают минималь­ное время переключения на альтернативный маршрут, обычно оно равно нескольким секундам и зависит от временного интервала, в течение кото­рого устройство передачи речи или данных может ждать перед тем, как счи­тать соединение разорванным.

Частные телефонные сети

Некоторые организации для уменьшения числа линий, подключенных к региональной телефонной компа­нии, разворачивают собственные телефон­ные службы. Например, компания может иметь 100 офисов, имеющих соб­ственные телефоны, но при этом не более 50 сотрудников могут одновре­менно звонить за пределы этих офисов. Эта компания может сэкономить средства, установив собственную телефонную систему, имеющую 100 линий связи с офисами, подключаемыми к центральной АТС (автоматической те­лефонной станции) или коммутационному узлу, который 50-ю линиями со­единен с региональной теле­фонной компанией. Первоначально наиболее распространенными частными системами были офисные станции с исходящей и входящей связью (private branch exchange, PBX). Они представляли собой комму­таторы с ручным управлением, для которых требовался оператор, вы­полняющий соединения внутри организации или при выходе во внешнюю телефонную сеть.

В результате усовершенствований появились автоматические учрежденче­ские телефонные системы, называемые частными АТС без выхода в общую сеть (private automatic exchange, PAX) и частными АТС с исходящей и входя­щей связью (private automatic branch exchange, PABX). В РАВХ-станциях по-прежнему используется коммутатор, и переключения выполняются как вручную, так и автоматически. В РАХ-станциях коммутатор отсутствует. В состав станций обоих типов входят телефонные магистральные линии (похожие на магистраль сети), обычные телефонные линии, линии связи с региональной телефон­ной компанией, телефоны и коммутирующая система на базе процессора или компьютер, имеющий память, жесткий диск и программное обеспечение. Эти станции могут помимо речи передавать видео­сигналы и данные. Централизованная компьютерная система нередко пред­лагает возможности голосовой почты, переадресации и ожидания вызова, функции учета времени и другие службы. Чаще всего такие системы имеют консоль для оператора, выполняющего специальные функции (например, обработку добавочных номеров, счетов и другой информации). Иногда име­ются модемные линии для сотрудников, которые из дома по коммутируемой линии подключаются к компьютерной сети (возможности частной телефон­ной сети исследуются в практическом'задании 4-9).

Примечание

Хотя неавтоматические РВХ-станции встречаются редко, термин "РВХ" по-прежнему широко (и неверно) использу­ется для обозначения станций, которые правильнее называть PAX и РАВХ.

Некоторые крупные организации имеют собственные линии ISDN, T-1 или Т-3, а также группы каналов для создания частных Т-линий или глобальной сети на базе ISDN для связи удаленных площадок. Такой подход позволяет им иметь средства высокоскоростной передачи данных по сети, полностью находящейся под их контролем.

Телефонные модемы

-Модемы долго играли важную роль в становлении глобальных сетей. Тер­мин модем представляет собой сокращение от термина "модулятор/демо­дулятор". Модем преобразует выходящий компьютерный (цифровой) сигнал в аналоговый, который может быть передан по телефонной линии. Кроме того, модем преобразует входящий аналоговый сигнал в цифровой, понят­ный компьютеру.

Модемы для компьютеров бывают внутренние и внешние. Внутренний мо­дем вставляется в компьютерный слот расширения на материнской плате. Внешний модем — это автономное устройство, подключаемое к последова­тельному порту компьютера с помощью специального модемного кабеля, совпадающего с разъемом последовательного порта.

Скорость передачи данных через модем измеряется двумя похожими, но не идентичными единицами: скоростью в бодох (baud rate) и количеством битов, переданных за секунду (бит/с). Скорость в бодах представляет собой количе­ство изменений за секунду для волнового сигнала, передающего данные. Эта скорость достоверно определяла быстродействие модемов при их появлении (когда они могли при каждом изменении сигнала передавать только один бит данных).

Модемы работают либо в синхронном, либо в асинхронном режиме. При син­хронных коммуникациях повторяющиеся пакеты данных управляются синхро­сигналом, начинающим каждый пакет. В асинхронном режиме данные переда­ются отдельными блоками, разделенными стартовыми и стоповыми битами.

Типы модемов

Поскольку существует множество различных сред, через которые компьютерам нужно обмениваться данными, создано и много типов модемов. Как уже упоминалось выше, модемы (модуля­торы/демодуля­торы) применяются, когда нужно преобразовать цифровой сигнал компьютера в пе­редаваемый по ком­муникационной линии аналоговый сигнал. В зависимости от координации пере­дачи данных модемы можно разбить на две большие категории:

• Синхронные

• Асинхронные

Асинхронные коммуникации

Асинхронные модемы были разработаны специально для применения в телефонных линиях и явля­ются наиболее распространенным типом этих устройств. Практически любой модем, который вы ви­дите в магазине компьютерных принадлежностей, является асинхронным.

Синхронные коммуникации

Асинхронные модемы могут терять до 25% времени на согласование передачи и приема данных. Та­кой процесс называется квитированием установленной связи (handshaking). Синхронные коммуни­кации могут эффективнее использовать доступную скорость передачи (бит/с) и обеспечивают более быстрые коммуникации, чем асинхронное соединение.

Синхронная передача данных

Синхронные модемы могут передавать данные быстрее, чем асинхронные (при том же числе бит/с), поскольку при обмене используются точное согласование времени и координация пересылки боль­ших блоков данных между модемами без стартовых и стоповых битов. Эти большие блоки (которые назы­ваются кадрами) содержат много байтов. Для синхронизации применяются специальные сим­волы.

Применение синхронных модемов

Синхронные модемы чаще всего используются в выделенных соединениях с удаленными компьюте­рами по коммуникационным линиям, арендуемым у телефонных компаний. Синхронные модемы обес­печивают более высокую скорость передачи данных и лучший контроль ошибок, чем асинхрон­ные. Между тем они стоят дороже асинхронных модемов, и большинство программных пакетов пи­шется именно для асинхронных устройств, поэтому синхронный модем, очевидно, не подойдет для доступа к сети через Remote Access Service. В то же время такие модемы можно применять для по­стоянного соединения с другой сетью по телефонной линии.

Принцип работы модема

В современных телефонных системах общего пользования аналоговый сигнал передается с вашего телефона абоненту, которому вы звоните. Обычно в такой аналоговый сигнал преобразуется ваш гол Между тем компьютеры используют в коммуникациях цифровые сигналы. На первый взгляд это де­лает телефонную систему общего пользования неподходящей для компьютерных коммуникаций. Модемы преобразуют коммуникационные сигналы из формы, понятной компьютеру, в форму, кото­рую может передавать телефонная система, и наоборот. Процесс преобразования цифрового сигнала из компьютерного в аналоговый, воспринимаемый телефонной сетью, называется модуляцией. Если снять трубку, когда компьютер передает данные через модем или посылает факс, можно услышать звук преобразованной в аналоговый сигнал цифровой информации.

На другом конце коммуникационной линии (это может быть другой конец города или иной конти­нент) еще один модем интерпретирует аналоговые сигналы телефонной системы и преобразует их обратно в цифровую форму, понятную принимающему компьютеру.

Уплотнение данных

Еще одним средством, реализуемым большинством современных модемов, является уплотнение дан­ных. Оно может значительно ускорять передачу некоторых видов информации, например текста или трафики. Уплотнение других типов данных дает меньший эффект, поскольку они могут быть уже уп­лотненными (как, например, программные файлы).

Многие модемы при установлении соединения с другим модемом обеспечивают уплотнение потока передаваемых данных. Такое сжатие выполняется без вмешательства взаимодействующих компью­теров. Машины лишь видят соединение, обеспечивающее большую скорость, чем обычно.

Для передачи с уплотнением оба модема должны уплотнять и разуплотнять данные одинаково. При использовании разных схем уплотнения они будут обмениваться неуплотненной информацией. В результате скорость взаимодействия между компьютерами снизится. Хотя уплотнение увеличивает скорость обмена данными, оно работает в дополнение к собственной скорости передачи модема. Скорость в бит/с показывает, как быстро модемы взаимодействуют друг с другом, а уплотнение создает для обменивающихся данными компьютеров иллюзию более произ­води­тельных коммуникаций. Модем способен использовать уплотнение данных на любой скорости, и при малой степени сжатия данных более быстрый модем, не реализующий уплотнения, может пе­редавать данные быстрее медленного модема с уплотнением. С другой стороны, при высокой сте­пени сжатия информации медленный модем с уплотнением способен передавать данные быстрее, чем высокоско­ростной модем.

Обнаружение и коррекция ошибок

Еще одним средством, реализуемым модемом, является коррекция ошибок. Плохая телефонная связь может привести к искажению или потере битов данных. Если ошибочные биты не обнаруживаются, и запорченные данные не корректируются, передаваемая информация будет поте­ряна или испорчена.

Классификация модемов

Строгой классификации модемов не существует и, вероятно, не может существовать по причине большого разнообразия как самих модемов, так и сфер применения и режимов их работы. Тем не менее можно выделить ряд признаков, по которым и провести условную классификацию. К таким признакам или критериям классификации можно отнести следующие, область применения; функ­циональное назначение; тип используемого канала;

конструктивное исполнение; поддержка протоколов модуляции, исправления ошибок и сжатия дан­ных. Можно выделить еще множество более детальных технических признаков, таких как приме­няемый способ модуляции, интерфейс сопряжения с DTE и так далее.

По области применения.

Современные модемы можно разделить на несколько групп:

- для коммутируемых телефонных каналов;

- для выделенных (арендуемых) телефонньх каналов;

- для физических соединительных линии

- модемы основной полосы (mоdems);

- для цифровых систем передачи (CSU\DSU);

- для сотовым систем связи;

- для пакетных радиосетей;

- для локальных радиосетей

Подавляющее большинство выпускаемых модемов предназначено для использование на коммути­руемых телефонных каналах. Основное отличие модемов для физических линий от других моде­мов состоит в том, что полоса пропускания (физических линий не ограничена значением 3. 1 кГц., характерным для телефонных каналов.

С точки зрения используемых для передачи сигналов модемы для физических линий могут быть разделены на модемы низкого уровня (линейные драйверы), использующие циф­ровые сигналы, и модемы с «основной полосы» (baseband), в которых применяются методы модуля­ции аналогичные применяемым в модемах для телефонных каналов.

Модемы для цифровых систем передачи напоминают модемы низкого уровня. Одкако в отличие от них обеспечивают подключение к стандартным цифровым каналам, таким как El\ Tl или ISDN; и поддерживают функции соответствующих канальных интерфейсов .

Модемы для сотовых систем связи отличаются компактностью исполнения и поддержкой специаль­ных протоколов модуляции и исправления ошибок, позволяющих эффективно передавать данные в условиях сотовых каналов с высоким уровнем помех и постоянно изменяющимися параметрами.

Пакетные радиомодемы предназначены для передачи данных по радиоканалу между мобильными пользователями. При этом несколько радиомодемов используют один и тот же радиоканал в режиме множественного доступа с контролем несущей.

Локальные радиосети являются быстроразвивающейся перспективной сетевой технологией допол­няющей обыкновенные локальные сети. Ключевым их элементом являются специализированные ра­диомодемы (адаптеры локальных радиосетей). В отличие от пакетных, такие радиомодемы обеспе­чивают передачу на небольшие расстояния ( до 300м.) с высокой скоростью (2 – 10 Мбит\сек), со­поставимой со скоростью передачи в проводных сетях.

По методу передачи

По методу передачи модемы делятся на асинхронные и синхронные. Говоря о синхронном либо асинхронном методе передачи обычно подразумевают передачу по каналу связи между модемами. Модем может работать с компьютером в асинхрсииом peжиме и одновременно е удаленным модемом — в синхронном режиме или наоборот. В таком случае иногда говорят что модем синхронно-ясинхрон­ный или он работает в сиихронно-асинхронном режиме.

По интеллектуальным возможностям

По интеллектуальным возможностям можно выделить модемы:

- без системы управления:

- поддерживающие набор АТ-команд;

- с поддержкой команд V. 25bis;

- с фирменной системой команд;

- поддерживающее протоколы сетевого управления.

Большинство современных модемов наделено широким спектром интеллектуальных воз­можностей. Стандартом де-факто стало множество АТ-команд позволяющих пользователю или прикладному процессу полностью управлять характеристиками модема и параметрами связи.

По конструкции

По конструкции различают модемы:

- внешние;

- внутренние;

- портативные;

- групповые.

Внешние модемы представляют собой автономные устройства, подключаемые к компьютеру или другому DTE посредством одного из стандартных интерфейсов DTE—DCE. Внутренний модем – это плата расширения, вставляемая в соответствующий слот компьютера. Портативные модемы предна­значены для использования мобильными пользователями совместно с мобильными компьютерами. Групповыми модемами называют совокупность отдельных модемов объединенных общий блок и имеющих общие блок питания, устройства управления и отображения. Отдельный модем группо­вого модема представляет собой плату с разъемом, устанавливаемую в блок, и рассчитан на один или небольшое число каналов. По поддержке международных и фирменных протоколов. Модемы также можно классифицировать в соответствии с реализованными в них протоколами. Все протоколы, регламентирующие те или иные аспекты функционирования модемов, могут быть отне­сены к двум большим группам: международные и фирменные.

Приставки "bis" и "ter" в названиях протоколов обозначают, соответственно, вторую и третью моди­фикацию существующих протоколов или протокол, связанный с исходным протоколом. При этом исходный протокол, как правило, остается поддерживаемым

Цифровые модемы

Термин "цифровые модемы" не вполне верный — эти устройства не выполняют модуляцию или де­модуляцию сигнала. "Модем" здесь означает устройство, соединяющее компьютеры по телефонной линии, поэтому пусть оно не вводит вас в заблуждение.

Примером цифрового модема является модем ISDN (Integrated Services Digital Network).

Пакетные радиомодемы.

Передача данных по радиоканалу во многих случаях надежнее и дешевле, чем передача по коммути­руемым или арендованным каналам, и особенно по каналам сотовых сетей связи. В ситуациях, ха­рактеризующихся отсутствием развитой инфораструктуры связи, использование радиосредств для передачи данных часто является единственным вариантом организации связи.

Радиомодемы часто называют пакетными контроллерами (TNC – Terminal Node Controller), по при­чине того, что в их состав входит специализированный контроллер, реализующий функции обмена данными с компьютером, форматирование кадров и доступа к общему радиоканалу в соответствии с реализованным методом множественного доступа.

Главное же их отличие в том, что радиомодемы ориентированы для работы в едином радиоканале со многими пользователями (в канале множественного доступа), а не в канале типа "точка-точка".

Адаптеры ISDN

Для подключения компьютера к линии ISDN необходимо устройство, на­поминающее цифровой модем и называемое терминальным адаптером (terminal adapter, ТА). Существующие терминальные адаптеры имеют почти такую же стоимость, как и высококачественные асинхронные или синхрон­ные модемы, однако их быстродействие выше (например, от 128 до 512 Кбит/с). Терминальные адаптеры преобразуют цифровой сигнал в неко­торый протокол, который пригоден для передачи по цифровой телефонной линии. Обычно у них имеется разъем аналогового телефона, с помощью ко­торого можно подключить обычный телефон или модем и использовать их на цифровой линии. Чаще всего оборудование ISDN позволяет подключаться к одной телефонной линии или медной паре (такому же проводу, с помо­щью которого домашний или офисный телефон соединяется с телефонной станцией), однако оно обеспечивает раздель­ные каналы для компьютерных данных и обычной аналоговой голосовой связи. Одновременно можно ис­пользовать или одну аналоговую и одну цифровую линию, или две цифро­вых, или две аналоговых линии.

Кабельные модемы

Во многих регионах провайдеры кабельного телевидения также предлагают цифровые службы для офис­ного и домашнего применения. Для подключе­ния к кабельным цифровым службам используются ка­бельные модемы (cable modem). Кабельный модем работает с восходящей (upstream) и нисходящей (downstream) частотами (каналами), которые уже используются в кабельной службе. Восходящий канал предназначен для передачи исходящего сигнала с помощью спектра (непрерывного диапазона) частот, не­сущих речевые, телевизионные и цифровые сигналы. Нисходящий канал используется для приема сигна­лов, а также смешивается с другими сигналами (данными, ре­чью и видео), поступающими абоненту.

Индустрия кабельных модемов разработала набор стандартов и связанных с ними сертификатов в рамках проекта, названного Certified Cable Modem project (DOCSIS

Кабельные модемы выпускаются в виде внутренних или внешних устройств. Внутреннее устройство напоминает плату модема, вставляемую в слот рас­ширения компьютера. Более распространены внешние кабельные модемы, которые обычно подключаются к компьютеру одним из двух способов. Пер­вый способ — непосредственно соединить модем с уже установленным в компьютере обычным сетевым адаптером при помощи витой пары и разъе­ма RJ-45. Второй способ — непосредственное подключение к порту USB компьютера. После установки кабельного модема на компьютер другой ко­нец модема под­ключается к широковещательному коаксиальному кабелю, применяемому для кабельного телевидения.

При покупке кабельного модема проверяйте, чтобы он был сертифицирован на соответствие стандарту DOCSIS 1.1. Если у вас несертифицированный модем или модем, имеющий сертификат DOCSIS 1.0, то рекомендуется об­новить его на более новый. Помимо того, что кабельный модем стандарта DOCSIS 1.1 обеспечивает более высокую скорость передачи, в нем также предусмотрена криптографическая защита, предотвращающая доступ к ва­шим данным.

Достоинство коммуникаций с использованием кабельных модемов заключа­ется в том, что в процессе работы, например, при загрузке большого файла, пользователь может получить в распоряжение свобод­ную в данный момент полосу пропускания хотя бы на несколько миллисекунд. Это означает, что если даже кабель занят (передает видеосигнал, речь или данные для других пользователей), система всегда динамически распределяет свободную полосу пропускания кабеля. Если некоторый пользователь под­ключен к кабельному модему, но не передает или не принимает информацию, то часть его полосы про­пускания передается другому пользователю, который более интенсивно использует канал.

занимающихся кабельными теле­коммуника­циями и занимающихся разработкой соответствующих технологий.

Модемы и маршрутизаторы DSL

Другой высокоскоростной службой передачи цифровых данных, конку­рирующей с ISDN и кабельными модемами, является технология Digital Subscriber Line, DSL (цифровая абонентская линия). Она и представляет собой метод передачи цифровых данных по медному проводу, уже проложенному в боль­шинстве офисов для телефон­ных служб (новейшие технологии DSL могут использоваться с оптоволо­конными телефонными линиями). Как показано на рис. 4.13, для того, чтобы использовать DSL, можно установить на компьютер интеллектуальный адаптер, подключенный к сети DSL.

Интеллектуальный адаптер может по внешнему виду напоминать модем, однако адаптер является полностью цифровым, т. е. он не преобразует циф­ровой сигнал DTE (компьютера или сетевого уст­ройства) в аналоговый, а посылает его прямо в телефонную линию. Две пары проводников соединя­ют адаптер и телефонную розетку. Коммуникации по медному проводу яв­ляются симплексными (одно­сторонними), т. е. одна пара используется для передачи исходящие данных, а другая — для приема входных сигналов, что в результате образует восходящий канал, идущий к телекоммуникационной компании, и нисходящий канал, направленный'к пользователю. Макси­мальная скорость восходящего канала равна 1 Мбит/с, а нисходящая может достигать 60 Мбит/с. Максимальное расстояние без по­вторителя (усиливаю­щего сигнал) от пользователя к телекоммуникационной компании равняется 5,5 км (что совпадает с требованиями ISDN).

Серверы доступа

Сервер доступа (access server) совмещает в себе функции нескольких уст­ройств, применяемых для глобальной связи.

Например, один сервер доступа может выполнять передачу данных с исполь­зованием модемных коммуни­каций, Х.25, линий Т-1, Т-3 и ISDN, а также ретрансляции кадров. Некоторые серверы доступа разработаны для небольших и средних по размеру сетей. Такие серверы для подключения к сети имеют адаптер Ethernet или Token Ring. Также у них существуют несколько син­хронных и асинхронных портов для подключения терминалов, модемов, теле­фонов-автоматов, линий ISDN и Х.25. У небольших серверов доступа обычно бывает от 8 до 16 асинхронных портов и один-два синхронных порта. Мощ­ные серверы доступа имеют мо­дульную конструкцию со слотами (от 10 до 20) для подключения коммуникационных плат, как показано на рис. 4.14. Одна плата, к примеру, может иметь 8 асинхронных портов и один синхронный. Другая плата может предназначаться для подключения к линии Т-1, а еще одна — для работы с линией ISDN. Также мо­гут быть модульные платы со встроенными модемами, например, с 4-мя модемами на одной плате. Некото­рые серверы доступа модульной конструкции способны поддерживать почти 70 модемов. Для обеспечения отказоустойчивости серверы снабжаются также дополнительными источниками питания.

Удаленные маршрутизаторы

С помощью удаленного маршрутизатора сети, расположенные на большом удалении друг от друга (например, в разных городах), можно объединить в глобальную сеть. Один маршрутизатор, находя­щийся в одном городе, может соединить некоторую компанию с удаленным маршрутизатором, находя­щимся в другой компании, расположенной в любом другом городе.

Удаленные маршрутизаторы соединяют сети, использующие ATM, ISDN, технологии ретрансляции кадров и передачи данных по скоростной после­довательной линии, а также Х.25. Удаленный маршрути­затор, как и ло­кальный, может поддерживать множество протоколов, позволяя соединять удаленные сети различных типов. Аналогичным образом удаленный мар­шрутизатор может работать как бранд­мауэр, ограничивающий доступ к определенным сетевым ресурсам.

Некоторые удаленные маршрутизаторы имеют модульную конструкцию, что позволяет вставлять в слоты расширения различные интерфейсы (например, интерфейс для ISDN-линии и интерфейс для' ретрансляции кадров). Пре­имущество такого маршрутизатора состоит в том, что его можно постепенно расширять по мере усложнения коммуникационных задач, а с этим сталки­ваются многие организации. Чаще всего маршрутизаторы подключаются к глобальной телекоммуникационной линии при помощи некоторого после­довательного интерфейса (например, CSU/DSU — для работы с линией Т-1 или мо­дульного адаптера Х.25 — для подключения к сети Х.25).

Структура глобальной сети

Типичный пример структуры глобальной компьютерной сети приведен на рис. 1.1. Здесь использу­ются следующие обозначения: S (switch) — коммутаторы, К - компьютеры, R (router) — маршрутиза­торы, MUX (multiplexor) — мультиплексор, UNI (User-Network Interface) — интер­фейс пользователь - сеть и NNI (Network-Network Interface) — интерфейс сеть - сеть. Кроме того, офисная АТС обозначена аббревиатурой РВХ, а маленькими черными квадратиками — устройства ОСЕ, о которых будет рас­сказано ниже.

Сеть строится на основе некоммутируемых (выделенных) каналов связи, которые соединяют коммута­торы глобальной сети между собой. Коммутаторы называют также центрами комму­тации пакетов (ЦКГГ), то есть они являются коммутаторами пакетов, которые в разных тех­нологиях глобальных се­тей могут иметь и другие названия — кадры, ячейки (cell). Как и в тех­нологиях локальных сетей принципиальной разницы между этими единицами данных нет, од­нако в некоторых технологиях есть традиционные названия, которые к тому же часто отражают специфику обработки пакетов. Например, кадр технологии frame relay редко называют паке­том, поскольку он не инкапсулируется в кадр или пакет более низкого уровня и обрабатывается протоколом канального уровня. Коммутаторы устанавливаются в тех географических пунктах, в которых требуется ответвление или слияние пото­ков данных конечных абонентов или маги­стральных каналов, переносящих данные многих абонентов.

Абоненты сети подключаются к коммутаторам в общем случае также с помощью выделенных каналов связи. Эти каналы связи имеют более низкую пропускную способность, чем магист­ральные каналы, объединяющие коммутаторы, иначе сеть бы не справилась с потоками данных своих многочисленных пользователей. Для подключения конечных пользователей допускается использование коммутируе­мых каналов, то есть каналов телефонных сетей, хотя в таком слу­чае качество транспортных услуг обычно ухудшается. Принципиально замена выделенного ка­нала на коммутируемый ничего не меняет, но вносятся дополнительные задержки, отказы и разрывы канала по вине сети с коммутацией каналов, которая в таком случае становится про­межуточным звеном между пользователем и сетью с коммута­цией пакетов. Кроме того, в ана­логовых телефонных сетях канал обычно имеет низкое качество из-за высокого уровня шумов. Применение коммутируемых каналов на магистральных связях коммута­тор—коммутатор также возможно, но по тем же причинам весьма нежелательно.

В глобальной сети наличие большого количества абонентов с невысоким средним уровнем трафика весьма желательно — именно в этом случае начинают в наибольшей степени прояв­ляться выгоды ме­тода коммутации пакетов. Если же абонентов мало и каждый из них создает трафик большой интен­сивности (по сравнению с возможностями каналов и коммутаторов сети), то равномерное распределе­ние во времени пульсаций трафика становится маловероят­ным и для качественного обслуживания абонентов необходимо использовать сеть с низким ко­эффициентом нагрузки.

Конечные узлы глобальной сети более разнообразны, чем конечные узлы локальной сети. Типы конеч­ных узлов глобальной сети: отдельные компьютеры, локальные сети, маршрутизаторы и мультиплек­соры , которые используются для одновременной передачи по компьютерной сети данных и голоса (или изображения).

Контрольные вопросы

1. Что выступает в виде каналов связи в ГВС?

2. Что такое PSTN?

3. Что такое Т- линии ?

4. Перечислить основные методы ком­мутации, используемые в глобальных сетях.

5. Что такое множественный доступ с уплотнением каналов (time division multiple access, TDMA)?

6. Что такое множественный доступ с частотным разделением каналов (frequency division multiple access, FDMA)?

7. Что такое статистический множественный доступ (statistical multiple access)?

8. Виды модемов;

9. Что такое «коммутация каналов»?

10. Что такое «коммутация сообщений»?

11. Что такое «коммутация пакетов»?

12. Что такое кабельные сети?

13. Перечислить известные технологии глобальных сетей;

14. Охарактеризовать технологию SONET.

15. Охарактеризовать технологию ISDN?

16. Охарактеризовать стандарты IEEE 1394.

17. Охарактеризовать технологию X.25.

18. Охарактеризовать технологию Frame Relay.

19. Охарактеризовать технологию АТМ.

20. Охарактеризовать технологию ADSL.

21. Какая из технологий глобальных сетей является одним из развившихся режимов ISDN?

22. В какой из технологий глобальных сетей используются кадры переменной длины, а в какой фиксированные ячейки?

23. Перечислить виды передающего оборудования глобальных сетей.

ЛЕКЦИЯ 13

Промышленная сеть для поддержки АСУ   

В современных системах автоматического управления промышленная связь играет исключительно важную роль. Она обеспечивает взаимодействие управляющих систем между собой, а также соединяет их с информационными системами более высокого уровня.

Принципы построения промышленной сети

Существует два основных принципа построения структуры промышленной сети для АСУ ТП. Первый – централизованная структура, в которой центром системы является мощное вычислительное устройство, от которого «звездой» подключаются оконечные устройства управления и исполнительные механизмы. Данный принцип построения является наиболее удобным в смысле администрирования, поскольку есть единая точка контроля над всей системой. Однако такая структура ненадежна: выход из строя «центра звезды» вызывает простой всей сети. Эту проблему можно решить за счет создания «дублирующего центра», но такой вариант приводит к значительному удорожанию сети в целом. Еще один минус – отсутствие возможности расширения функционала системы. При необходимости добавления большого количества исполнительных механизмов приходится менять центральное устройство, что само по себе нерационально и убыточно. Второй принцип – распределенная структура, состоящая из множества узлов, между которыми осуществляется обмен данными по цифровым каналам промышленной сети. Такой вариант построения является, конечно, более дорогим с точки зрения затрат на администрирование, зато более надежным – при выходе из строя одного из узлов система продолжает функционировать. Распределенная структура более гибкая и позволяет наращивать систему без существенного изменения действующей ее части. Кроме того, она дает возможность расположить узлы, в качестве которых выступают контроллеры и интеллектуальные устройства ввода-вывода, максимально близко к оконечным устройствам (датчикам и исполнительным механизмам), за счет чего сокращается длина сигнальных кабелей. Это позволяет не только экономить на сигнальных кабельных линиях, но и избежать необходимости строить дополнительные громоздкие конструкции для прокладки кабеля.

Для передачи данных в промышленной сети существует множество протоколов и интерфейсов, например Modbus, Ethernet, CAN, LON, PROFIBUS и др. Протоколы разработаны с учетом особенностей производства и технических систем, обеспечивают надежные соединения и высокую точность управления. Оборудование, для которого они предназначены, должно устойчиво работать при высоких температурах или влажности, в условиях сильной вибрации или химически активной среды.

Структура АСУ ТП

Промышленные АСУ ТП строятся по принципу трехуровневой системы. Нижний уровень (полевой) – состоит из датчиков и исполнительных механизмов, устанавливаемых на технологических объектах. Для связи с датчиками используются: - AS-интерфейс – для организации связи с датчиками и исполнительными устройствами.

Позволяет подключать датчики и исполнительные механизмы к системе управления на основе построения сети с использованием одного двухжильного кабеля, посредством которого обеспечивается как питание всех сетевых устройств, так и опрос датчиков и выдача команд на исполнительные механизмы; - HART-протокол – основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции, при этом цифровой сигнал накладывается на аналоговый токовый. Частотно-модулированный сигнал является двухполярным и при использовании соответствующей фильтрации не искажает основной аналоговый сигнал 4–20 мА. Средний уровень (контроллерный) – состоит из промышленных контроллеров, силовой, сигнализационной автоматики и прочих устройств аналого-цифрового, цифро-аналового, дискретного, импульсного и другого преобразования, а также устройств для сопряжения с верхним уровнем (шлюзов). Для передачи данных на этом уровне могут применяться интерфейсы и протоколы PROFIBUS, Modbus, СAN, LON и Ethernet. Рассмотрим протокол PROFIBUS с точки зрения применения на среднем уровне АСУ ТП.

PROFIBUS – семейство промышленных сетей, обеспечивающих комплексное решение коммуникационных проблем предприятия. Под этим общим названием понимается совокупность трех различных, но совместимых протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA. Протокол PROFIBUS-FMS появился первым и предназначался для работы на так называемом цеховом уровне. Основное применение – передача больших объемов данных. Протокол PROFIBUS-DP используется для высокоскоростного обмена данными между программируемым логическим контроллером и распределенными устройствами связи с объектом. Физическая среда передачи – экранированная витая пара стандарта RS-485. Скорость обмена прямо зависит от длины сети и варьируется от 100 кбит/с на расстоянии 1200 м до 12 Мбит/с на дистанции до 100 м. Взаимодействие узлов в сети определяется моделью Master – Slave («ведущий – ведомый»). PROFIBUS-PA – это сетевой интерфейс, физическая среда передачи данных которого соответствует стандарту IEC 61158-2. Может применяться для построения сети, соединяющей исполнительные устройства, датчики и контроллеры, расположенные непосредственно во взрывоопасной зоне. Верхний уровень (информационно-вычислительный) – состоит из оборудования для визуализации технологических процессов. Для передачи данных на этом уровне используются технологии Industrial Ethernet.

Промышленные сети верхнего уровня

Сети верхнего уровня служат для передачи данных между контроллерами серверами и операторскими рабочими станциями. Иногда в состав таких сетей входят дополнительные узлы: центральный сервер архива, сервер промышленных приложений, инженерная станция и т.д. Но это уже опции. Какие сети используются на верхнем уровне? В отличие от стандартов полевых шин, здесь особого разнообразия нет. Фактически, большинство сетей верхнего уровня, применяемых в современных АСУ ТП, базируется на стандарте Ethernet (IEEE 802.3) или на его более быстрых вариантах Fast Ethernet и Gigabit Ethernet. При этом, как правило, используется полный стек коммуникационных протоколов TCP/IP. В этом плане сети операторского уровня очень похожи на обычные ЛВС, применяемые в офисных приложениях. Использование единого сетевого стандарта позволяет упростить интеграцию АСУ ТП в общую сеть предприятия, что становится особенно ощутимым при реализации и развертывании систем верхнего уровня типа MES (Мanufacturing Еxecution System) .Однако у промышленных сетей верхнего уровня есть своя специфика, обусловленная условиями промышленного применения.

Типичными требованиями,предъявляемыми к таким сетям,являются: 1.    Большая пропускная способность и скорость передачи данных. Объем трафика напрямую зависит от многих факторов: количества архивируемых и визуализируемых технологических параметров, количества серверов и операторских станций, используемых прикладных приложений и т.д. В отличие от полевых сетей жесткого требования детерминированности здесь нет: строго говоря, неважно, сколько времени займет передача сообщения от одного узла к другому – 100 мс или 700 мс (естественно, это не важно, пока находится в разумных пределах). Главное, чтобы сеть в целом могла справляться с общим объемом трафика за определенное время. Наиболее интенсивный трафик идет по участкам сети, соединяющим серверы и операторские станции (клиенты). Это связано с тем, что на операторской станции технологическая информация обновляется в среднем раз в секунду, причем передаваемых технологических параметров может быть несколько тысяч. Но и тут нет жестких временных ограничений: оператор не заметит, если информация будет обновляться, скажем, каждые полторы секунды вместо положенной одной. В то же время если контроллер (с циклом сканирования в 100 мс) столкнется с 500-милисекундной задержкой поступления новых данных от датчика, это может привести к некорректной отработке алгоритмов управления. 2.    Отказоустойчивость. Достигается, как правило, путем резервирования коммуникационного оборудования и линий связи по схеме 2*N так, что в случае выхода из строя коммутатора или обрыва канала, система управления способна в кратчайшие сроки (не более 1-3 с) локализовать место отказа, выполнить автоматическую перестройку топологии и перенаправить трафик на резервные маршруты.

3.    Соответствие сетевого оборудования промышленным условиям эксплуатации. Под этим подразумеваются такие немаловажные технические меры, как: защита сетевого оборудования от пыли и влаги; расширенный температурный диапазон эксплуатации; увеличенный цикл жизни; возможность удобного монтажа на DIN-рейку; низковольтное питание с возможностью резервирования; прочные и износостойкие разъемы и коннекторы. По функционалу промышленное сетевое оборудование практически не отличается от офисных аналогов, однако, ввиду специального исполнения, стоит несколько дороже.

Промышленная сеть Industrial Ethernet обеспечивает эффективную связь верхнего уровня и базируется на международных стандартах (IEEE 802.3/IEEE 802.3u).

На Западе коммуникационная технология построения единой информационной сети, объединяющей интеллектуальные контроллеры, датчики и исполнительные механизмы, определяется одним термином fieldbus (полевая шина, или промышленная сеть).

Fieldbus - это, во-первых, некий физический способ объединения устройств (например, RS485) и, во-вторых, программно-логический протокол их взаимодействия.

Корнем термина fieldbus является слово field - область, сфера, место приложения. Промышленные сети (fieldbuses) применяются на уровне устройств, обслуживающих реальный процесс производства и переработки материалов. Выход в системы представления (визуализации) данных, коммерческие и административные системы организуется, как упоминалось выше, через стандартные офисные сети типа Ethernet через протокол TCP/IP.

Переход на fieldbus-технологию обещает улучшение качества, снижение затрат и повышение эффективности конечной системы. Эти обещания основаны на том факте, что принимаемая или передаваемая информация кодируется в цифровом виде. Каждое устройство может выполнять функции управления, обслуживания и диагностики. В частности, оно может сообщать о возникающих ошибках и обеспечивать функции самонастройки. Это существенно увеличивает эффективность системы в целом и снижает затраты по ее сопровождению. Серьезный ценовой выигрыш получается за счет проводников и монтажных работ: аналоговая технология связи требует, чтобы каждое устройство имело собственный набор проводов и собственную точку соединения. Fieldbus устраняет эту необходимость, так как использует всего одну витую пару проводников для объединения всех активных (контроллеры) и пассивных (датчики) устройств.

В число узлов сети входят компьютеры, выполняющие функции NC и SCADA. Это могут быть обычные персональные компьютеры и специализированные программируемые логические контроллеры, называемые промышленными компьютерами. Специфика ПЛК - наличие нескольких аналоговых и цифровых портов, встроенный интерпретатор специализированного языка, детерминированные задержки при обработке сигналов, требующих незамедлительного реагирования. Однако ПЛК, в отличие от IBM PC, рассчитаны на решение ограниченного круга задач в силу специализированности программного обеспечения.

В целом промышленные компьютеры имеют следующие особенности: 1) работа в режиме реального времени (для промышленных персональных компьютеров разработаны такие ОС реального времени, как OS-9, QNX, VRTX и др.); 2) конструкция, приспособленная для работы ЭВМ в цеховых условиях (повышенные вибрации, электромагнитные помехи, запыленность, перепады температур, иногда взрывоопасность); 3) возможность встраивания дополнительных блоков управляющей, регистрирующей, сопрягающей аппаратуры, что помимо специальных конструкторских решений обеспечивается использованием стандартных шин и увеличением числа плат расширения; 4) автоматический перезапуск компьютера в случае "зависания" программы; 5) повышенные требования к надежности функционирования. В значительной мере специализация промышленных компьютеров определяется программным обеспечением. Конструктивно промышленный компьютер представляет собой корзину (крейт) с несколькими гнездами (слотами) для встраиваемых плат. Возможно использование мостов между крейтами. В качестве стандартных шин в настоящее время преимущественно используются шины VME-bus (Versabus Module Europe-bus) и PCI (Peripheral Component Interconnect).

Программная связь с аппаратурой нижнего уровня (датчиками, исполнительными устройствами) происходит через драйверы. Межпрограммные связи реализуются через интерфейсы, подобные OLE. Для упрощения создания систем разработан стандарт OPC (OLE for Process Control). Обычными для промышленных сетей являются предельные расстояния между узлами (датчиками, исполнительными устройствми и контроллерами) в сотни метров, размеры сообщений - до одного килобайта (в сжатой форме). Опрос датчиков периодический. Важное требование к промышленной сети - обеспечение работы в реальном масштабе времени, поэтому для АСУТП сети типа Ethernet не подходят, поскольку в них не гарантируется ограничение задержек сверху

Существуют три основных режима обмена данными, эффективность использования которых зависит от конкретной задачи.

● Режим «Ведущий ведомый». В этом простейшем режиме один из узлов ПС является ведущим устройст вом, которое последовательно опр шивает подчиненные узлы. В зависимости от содержания запроса в домый узел либо выполняет полученную команду, либо передает ведущему текущие данные с подключенных оконечных устройств. Типичным примером ЦПС, построенной на таком принципе, являются сети PROFIBUS. Как правило, роли ведущего и ведомого закрепляются жестко и не меняются в процессе функционирования сети.

● Режим «Клиент сервер». Данный режим имеет много общего с предыдущим и используется в системах с гибким распределением функций. Узел клиент запрашивает данные, а узел сервер их предоставляет. При этом клиент может запрашивать несколько узлов, а сервер – иметь несколько клиентов. Также функции клиента и сервера могут совмещаться на одном узле. Примером может послужить ПС Foundation Fieldbus.

● Режим «Подписка». В этом режиме узел, нуждающийся в регулярном поступлении какой либо информации, подписывается на её получение от другого узла, после чего получает регулярные рассылки данных без дополнительных запросов. Режим имеет два варианта: в первом случае данные передаются циклически с определенным интервалом вне зависимости от динамики информации; во втором случае данные передаются только в случае их изменения. Данный режим также используется в сетях Foundation Fieldbus.

Одним из основных критериев оценки систем АСУ ТП является надежность.

● По надежности цифровой метод передачи данных намного превосходит аналоговый. Передача в цифровом виде малочувствительна к помехам и гарантирует доставку информации благодаря встроенным в протоколы ПС механизмам контрольных сумм, квитирования и повтора искаженных пакетов данных.

● Надежность функционирования систем АСУ ТП на базе ПС с интеллектуальными узлами значительно выше, чем в традиционных структурах.

● Важной проблемой является защита ПС от повреждения кабельной сети, особенно в том случае, если его топология имеет вид шины. Для критически важных технологических участков эта задача должна решаться дублированием линий связи или наличием нескольких альтернативных путей передачи информации.

Системы АСУ ТП редко делаются раз и навсегда; как правило, их состав и структура подвержены коррекции в си лу изменяющихся требований производства. Поэтому важными критериями оценки закладываемых в проект решений являются гибкость и модифицируемость комплекса. По этим показателям ПС, несомненно, намного превосходит традиционную централизованную схему: добавление или удаление отдельных точек ввода вывода и даже целых узлов требует минимальных монтажных работ и может произ водиться без остановки системы автоматизации. Переконфигурация системы осуществляется на уровне программного обеспечения и также занимает минимальное время. Другая проблема, связанная с развитием системы вопрос совместимости протоколов, заложенных в интеллектуальные оконечные устройства, стоял очень остро. Сейчас практически все широко распространенные решения в этой сфере стандартизованы, что поз воляет разработчикам АСУ ТП выбирать оборудование из широкого спектра поставщиков, оптимизируя стоимость проекта и его технологическую структуру.

Пример промышленной сети - Profibus, скорость 12 Мбод, пакеты до 247 байт, расстояния до 1,5 км. Имеет выход в сеть АСУП, в качестве которой чаще всего используется сеть Ethernet. Наряду с Profibus, используют и другие протоколы, например, популярен протокол CAN. На физическом уровне в Fieldbus часто используют интерфейс RS-485 - витая пара, длина сегмента до 1,2 км, на сегменте может быть до 32 узлов

CAN, LON, PROFIBUS, Interbus-S, FIP, FF, DeviceNET, SDS, ASI, HART, ControlNet и несколько десятков протоколов еще - это сегодняшняя ситуация на рынке промышленных сетей. Каждая из них имеет свои особенности и области применения. На этом фоне отсутствует единый международный стандарт промышленной сети. Это приводит к тому, что каждая технология развивается самостоятельно в состоянии неизбежной конкуренции. Ясно, что со временем определится ведущая, например, пятерка технологий, вокруг которой будет сосредоточено основное внимание пользователей и бизнес независимых производителей. Таким центром кристаллизации де-факто можно считать сегодня европейский стандарт EN50170. Со стороны Европейского комитета по стандартизации CENELEC поступили предложения по расширению EN50170 за счет промышленных сетей Foundation Fieldbus и ControlNet. Если такое предложение будет принято, EN50170 превратится реально в международный стандарт, каждая отдельная часть которого будет определять отдельную fieldbus-технологию.

1. ASI

П ервые продукты, работающие по технологии ASI, вышли на рынок в 1993 году. Сегодня эта технология поддерживается рядом известных фирм: IFM, Limberg, Siemens, Pepperl+Fuchs, Allen-Bradley и др.

Основная задача этой сети - связать в единую информационную структуру устройства самого нижнего уровня автоматизируемого процесса (датчики и разнообразные исполнительные механизмы) с системой контроллеров. Это следует из названия: Actuator Sensor Interface (ASI).

ASI-интерфейс позволяет через свои коммуникационные линии передавать не только данные, но и запитывать датчики. Здесь используется принцип последовательной передачи на базовой частоте. Информационный сигнал модулируется на питающую частоту.

Позоляет полностью исключить из АСУ ТП аналоговые линии связи, кроссировочные шкафы и другое вспомогательное оборудование. Максимальное время цикла опроса составляет 5 10 мс, то есть сравнимо с циклом отработки программы в контроллере. Благодаря этому сети на базе AS интерфейса активно применяются в распределенных АСУ ТП реального времени, например в системах управления конвейерными производствами.Первоначально AS интерфейс был ориентирован на работу исключительно с бинарными данными, поэтому длина информационной посылки рекордно малая — всего 4 бита. Тем не менее новая редакция спецификации AS интерфейса позволяет подключать к сети аналоговые датчики и поворотные шифраторы.

Максимальное количество узлов равно 62, максимальная длина с использованием повторителей — 300 м. Данные и питающее напряжение передаются по одной паре проводов.

В качестве физической среды используется специальный неэкранированный двухпроводный кабель с трапециевидным профилем. Этот кабель позволяет подключать датчики, устанавливаемые на подвижных частях механизмов. Топологией ASI-сети может быть шина, звезда, кольцо или дерево с циклом опроса 31 узла за 5 мс. Максимальный объем данных с одного ASI-узла - 4 бит.

2. CAN

История этого протокола началась в начале 80-х годов, когда технология создания и эксплуатации современных транспортных средств потребовала установки на них большого числа датчиков, увязываемых в единую информационную сеть с замыканием на бортовом компьютере автомобиля. Компания BOSCH (Германия) разработала для этой цели протокол CAN (Control Area Network), получивший статус международного стандарта ISO11898. По своим характеристикам он удовлетворяет не только требованиям задач реального времени, но и реализует высокую степень обнаружения и исправления ошибочных телеграмм.

CANbus - это последовательная шина с децентрализованным доступом на основе модели CSMA/CM. Возможные коллизии, связанные с одновременным запросом шины, разрешаются на основе приоритетности передаваемых сообщений.

История развития этого протокола - яркий пример того, как не доведенная до конца работа по стандартизации приводит к появлению целого семейства несовместимых друг с другом протоколов. Дело в том, что развитие CAN остановилось на определении только первых двух уровней OSI-модели. Появилось большое число разработок 7-го уровня для CAN, оформленных как самостоятельные протокольные решения: SDS (Honeywell), DeviceNET (Allen Bradley), CAL (CiA-ассоциация), CAN11 (BMW), SeleCAN (Selectron), Kingdom (Kvaser), MiCAN (RMI) и несколько других.

Количество узлов ПС, работающих на основе CAN, исчисляется десятками миллионов. Практически у каждого крупного про изводителя микроконтроллеров есть изделие с CAN интерфейсом. Основными достоинствами, определившими высокую популярность этого протоко ла у разработчиков встраиваемых и промышленных систем, являются высокая скорость (до 1 Мбит/с), метод доступа CSMA/СA (не путать с CSMA/CD, реализованным в Ethernet), возможность иметь в сети не сколько ведущих устройств, надежная система обнаружения и исправления ошибок. CSMA/СA сочетает нные одновременно. Благодаря этому гарантируется доставка сообщения, то есть система является детерминированной. «Гарантией качества» CAN являются автомобили «Мерседес», электроника которых работает именно по этому протоколу. Технические характеристики (для DeviceNet): максимальное расстояние 500 м, максимальное количество узлов 64, длина информационной посылки 8 байт, используемый кабель Belden 3082A.

3. HART

Протокол HART (Highway Addressable Remote Transducer), разработанный фирмой Rosemount Inc. в середине 80-х годов, реализует известный стандарт BELL 202 FSK (Frequency Shift Keying), основанный на 4 20мА-технологии

HART протокол используется в двух режимах подключения.

В большинстве случаев применяется соединение «точка точка» (рис. 1 а), то есть непосредственное соединение прибора низовой автоматики (преобразователя информации, датчика, исполнительного устройства и т.п.) и не _{более чем двух ведущих устройств.}

.

Схема взаимоотношений между узлами сети основана на принципе MASTER/SLAVE. В HART-сети может присутствовать до 2 MASTER-узлов (обычно один). Второй MASTER, как правило, освобожден от поддержания циклов передачи и используется для организации связи с какой-либо системой контроля/отображения данных. Стандартная топология - "звезда", но возможна и шинная организация. Для передачи данных по сети используются два режима:

1) асинхронный: по схеме "MASTER-запрос\SLAVE-ответ" (один цикл укладывается в 500 мс);

2) синхронный: пассивные узлы непрерывно передают свои данные MASTER-узлу (время обновления данных в MASTER-узле за 250-300 мс).

В многоточечном режиме (рис. 1 б) до 15 ведомых устройств (slave) могут соединяться параллельно двухпровод ной линией с теми же двумя ведущими устройствами (master). При этом по линии осуществляется только цифровая связь. Сигнал постоянного тока 4 мА обеспечивает вспомогательное питание ведомых приборов по сигнальным линиям. Типовые HART компоненты и схема их подключения показаны на рис. 2

За одну посылку один узел может передать другому до 4 технологических переменных, а каждое HART-устройство может иметь до 256 переменных, описывающих его состояние. Контроль корректности передаваемых данных основан на получении подтверждения.

Стандарт для передачи аналоговых сигналов значениями тока в диапазоне 4 20 мА известен уже несколько десятков лет и широко используется при со здании систем АСУ ТП, в химической индустрии, теплоэнергетике, в пище вой и многих других отраслях промыш ленности. Традиционно для измерения различных физических величин (дав ления, объема, температуры и т.д.) предлагается множество приборов с токовым выходом 4 20 мА. Достоинством данного стандарта является простота его реализации, массовое ис пользование в приборах и возможность помехоустойчивой передачи аналогового сигнала на относительно большие расстояния. Однако при создании нового поколения интеллектуальных приборов и датчиков потребовалось наряду с передачей аналоговой информации передавать и цифровые данные, соответствующие их новым расширен ным функциональным возможностям. В середине 80 х годов американская компания Rosemount разработала протокол Highway Addressable Remote Transducer (HART). В начале 90 х годов протокол был дополнен и стал открытым коммуникационным стандартом . Вначале он был нормирован только для применения в режиме соединения «точка точка», затем появилась возможность применять протокол в режиме многоточечного соединения («mul tidrop»).

HART протокол основан на методе передачи данных с помощью частотной модуляции (Frequency Shift Keying, FSK), в соответствии с широко распространенным коммуникационным стандартом Bell 202. Цифровая информация передаётся частотами 1200 Гц (логическая 1) и 2200 Гц (логичес кий 0), которые накладываются на аналоговый токовый сигнал (рис. 3). Частотно модулированный сигнал является двухполярным и при применении соответствующей фильтрации не влияет на основной аналоговый сигна л 4 20 мА. Скорость передачи данных для HART составляет 1,2 кбит/с. Каждый HART компонент требует для цифровой передачи соответствующего модема.

Благодаря наличию двух ведущих устройств каждое из них может быть готово к передаче через 270 мс (время ожидания). Цикл обновления данных повторяется 2 3 раза в секунду в режиме запрос/ответ и 3 4 раза в секунду в пакетном режиме. Несмотря на относительно большую длительность цикла, в большинстве случаев он является достаточным для управления непрерывными процессами.

Важнейшим условием для передачи HART сигналов является то, что нагрузка в общей цепи коммуникационного канала должна быть в пределах 230...1100 Ом. В противном случае возникает несоответствие допустимым качестве первичного ведущего устройства, как правило, используется устройство связи с объектом (УСО) или программируемый логический контроллер, а в качестве вторичного — портативный HART терминал или отладочный ПК с соответствующим модемом. При этом аналоговый токовый сигнал передается от ведомого прибора к соответствующему ведущему устройству. Цифровые сигналы могут приниматься или передаваться как от ведущего, так и от ведомого устройства. Так как цифровой сигнал наложен на аналоговый, процесс передачи аналогового сигнала происходит без прерывания.

4. PROFIBUS

При построении многоуровневых систем автоматизации, как правило, стоят задачи организации информационного обмена между уровнями. В одном случае необходим обмен комплексными сообщениями на средних скоростях. В другом - быстрый обмен короткими сообщениями с использованием упрощенного протокола обмена (уровень датчиков). В третьем требуется работа в опасных участках производства (переработка газа, химическое производство). Для всех этих случаев PROFIBUS имеет решение. Сегодня, говоря о PROFIBUS, необходимо иметь ввиду, что под этим общим названием понимается совокупность трех отдельных протоколов: PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP и PROFIBUS-PA. Все три варианта протокола используют общий канальный уровень (уровень 2 OSI-модели).

Протокол PROFIBUS-DP (рис. 2), был спроектирован для организации быстрого канала связи с датчиковым уровнем. В основе алгоритма работы лежит модель циклического опроса каналов. Скорость обмена прямо зависит от длины сетевого сегмента и варьируется от 100 кбит/с на расстоянии 1200 метров до 12 Мбит/с на дистанции до 100 метров. Кроме этого, существует набор ациклических функций для конфигурирования, диагностики и поддержки сигналов. В DP-протоколе существуют три типа устройств:

мастер Класса-2 (DPM2): может выполнять функции конфигурирования и диагностики устройств сети;

мастер Класса-1 (DPM1): это программируемые контроллеры (PLC, PC), в оперативном режиме выполняющие функции ведущего узла в сети;

ведомые устройства (DP Slave): это пассивные устройства с аналоговым/дискретным вводом/выводом.

DP-протокол позволяет организовать мономастерную (один DPM1 и до 126 DP-Slaves) и многомастерную конфигурацию (несколько DPM1 и DP-Slaves).

Протокол PROFIBUS-FMS появился первым и был предназначен для работы на так называемом цеховом уровне. Здесь требуется высокая степень функциональности, и этот критерий важнее критерия скорости. FMS-протокол допускает гибридную архитектуру взаимодействия узлов, основанную на таких понятиях, как виртуальное устройство сети, объектный словарь устройства (переменная, массив, запись, область памяти, событие и др.), логическая адресация и т.д.

Протокол PROFIBUS-PA - это расширение DP-протокола в части технологии передачи, основанной не на RS485, а на реализации стандарта IEC1158-2 для организации технологии передачи во взрывоопасных средах. Он может использоваться в качестве замены старой 4-20мА-технологии связи. Для коммутации устройств нужна всего одна витая пара, которая может одновременно использоваться и для информационного обмена, и для запитывания устройств.

На одном физическом канале (RS485 или оптоволоконном) одновременно могут работать устройства PROFIBUS всех трех типов. Рабочая скорость передачи может быть выбрана в диапазоне 9,6-12000Ккбит/с.

PROFIBUS - это маркерная шина, в которой все циклы строго регламентированы по времени и организована продуманная система тайм-аутов. Протокол хорошо разрешает разнообразные коллизии в сети. Настройка всех основных временных параметров идет по сценарию пользователя.

Исследования, проведенные независимыми западными маркетинговыми компаниями, свидетельствуют о том, что PROFIBUS покрывает свыше 40% рынка открытых промышленных сетей в Германии и Европе. Идет стремительный процесс завоевания и американского рынка. Но самое главное то, что сегодня PROFIBUS рассматривается как кандидат на обретение статуса международного стандарта IEC (МЭК).

Каналы связи

В зависимости от требований, предъявляемых к сети PROFIBUS, для передачи данных могут использоваться различные виды каналов связи.

-Электрические каналы связи выполняются экранированной витой парой. Для прокладки линий связи -может использоваться множество кабелей для различных условий эксплуатации. Большинство из этих кабелей поддерживает технологию быстрого соединения (Fast Connect). -Оптические каналы связи PROFIBUS могут выполняться стеклянными или пластиковыми оптоволоконными кабелями, предназначенными для различных условий эксплуатации. -Применение модуля ILM позволяет осуществлять передачу информации по инфракрасным каналам на расстояние до 15м. -Комбинированные системы. В составе одной сети PROFIBUS может использоваться комбинированное сочетание различных каналов связи.

5. FOUNDATION FIELDBUS

Эта сеть родилась в результате сотрудничества двух ведущих американских ассоциаций - ISP и WorldFIP, которые до 1993 года пытались самостоятельно создать универсальную промышленную сеть. В 1994 году появилась ассоциация Fieldbus Foundation, продвигающая на рынке и обеспечивающая поддержку сети Foundation Filedbus (FF). После многолетних безуспешных попыток разработать универсальную промышленную сеть, предпринятых ведущими комитетами по стандартизации IEC и ISA, ассоциация Fieldbus Foundation пришла к синтезированному решению с использованием наработок из разных источников под общим названием Foundation Fieldbus.

Итак, FF сегодня - это:

физический уровень H1 FF (медленный), обеспечивающий рабочую скорость 31,25Ккбит/с. Эта реализация физического уровня основана на модифицированной версии стандарта IEC 1158-2 и предназначена для объединения устройств, функционирующих во взрывоопасных газовых средах;

-физический уровень H2 FF (быстрый), обеспечивающий рабочую скорость до 1КМбит/с и также основанный на стандарте IEC 1158-2;

-сетевой уровень, использующий элементы проекта IEC/ISA SP50 универсальной промышленной сети;

-прикладной уровень, включающий элементы из проекта ISP/Profibus.

Основная область применения этой сети - самый нижний уровень распределенной системы автоматизации с обвязкой устройств, работающих во взрывоопасных средах и использующих сеть как для информационного обмена, так и для собственной запитки.

У протоколов FF и Profibus-PA много общего и именно поэтому со стороны европейской ассоциации по стандартизации CENELEC сделано предложение о включении FF в стандарт EuroNorm 50170 в качестве самостоятельной его части.

PROFIBUS PA и FOUNDATION™ fieldbus имеют ряд общих характеристик :

• обе системы удовлетворяют требованиям спецификаций физического уровня H1 IEC/ISA, которые определяют среду передачи данных;

• обе системы искробезопасны и способны по одним и тем же проводам передавать как данные, так и электро питание для подключенных к сети устройств, что позволяет использовать их во взрывоопасных зонах;

• обе системы поддерживаются между народными организациями, объединяющими как конечных пользователей, так и поставщиков;

• обе системы могут быть развернуты в качестве цифровой замены аналого вых каналов 4 20 мА с использовани ем тех же самых, уже существующих линий связи;

• обе системы поддерживают работу в многоточечном режиме, благодаря чему снижаются затраты на монтаж и обслуживание кабельного хозяйсва.

Однако между сетевыми системами имеются и существенные различия.

На прикладном уровне PROFIBUS PA вместо FMS использует расширения DP, что приводит к ограничению возможностей по удаленному конфгурированию, а также по чтению и записи.

Хотя обе системы способны управлять событиями в самой сети, применяемая в PROFIBUS PA коммуникационная модель «главный подчиненный»(ведущий-ведомый), а также отсутствие протокола системного администрирования делают PROFIBUS PA неудовлетворительным решением для управления распределенными процессами.

FOUNDATION™ fieldbus, напротив, создавалась не только для организации обмена цифровой информацией между управляющим устройством сети и устройствами нижнего уровня (полевого оборудования), но и для распределенного управления, вклю чая поддержку функции автоматического конфигурирования (plug and play), что существенно расширяет границы совместимости оборудования.

FOUNDATION™ fieldbus при передаче данных одновременно поддерживает маркерный доступ и обмен по расписанию. Прикладной уровень в FOUNDATION™ fieldbus обеспечивает поддержку квитированного взаимодействия между клиентом и сервером, что может использоваться для изменения оператором значений уставок, удаленной загрузки и настройки параметров конфигурации. Кроме того, поддерживается рассылка оповещений об аварийных событиях и их подверждений. Это основано на том же прикладном уровне, который используется в PROFIBUS FMS.

В PROFIBUS PA один ведущий узел использует протокол DP для опроса подчиненных узлов, содержащих функциональные блоки ввода/выво да. Время опроса всех узлов сети зави сит от количества узлов и ряда других факторов, поэтому детерминированным может быть только время начала опроса.

Одним из достоинств полевой шины является возможность распределения функций управления процессом среди устройств нижнего уровня (уровня полевых устройств) АСУ ТП. Архитектура FOUNDATION™ fieldbus, основанная на модели публикации данных одними сетевыми узлами и подписки на эти данные других сетевых узлов, позволяет организовывать тесное взаимодействие между устройствами различных производителей, объединенными в одну сеть. Таким образом, логика алгоритма управления может быть перенесена на нижний уровень системы управления (т.е. УСО, датчики и исполнительные механизмы). Архитектура «ведущий подчиненный», используемая в PROFIBUS, означает, что весь обмен происходит по инициативе ведущего устройства. В результате из за непредсказуемых задержек невозможно обеспечить функционирование распределенных по устройствам нижнего уровня контуров управления с обратной связью.

Функции системного администрирования в FOUNDATION™ fieldbus обеспечивают исполнение функциональных блоков на разных узлах сети в точно заданной последовательности в течение детерминированных интервалов времени, что необходимо при реализации контуров регулирования на нижнем уровне системы.

Подсистема администрирования и канальный уровень FOUNDATION™ fieldbus способны также выполнять следующие важные функции:

• автоматическое присвоение сетевого адреса при добавлении нового устройства, что обеспечивает функциональность plug and play;

• предотвращение дублирования сетевых адресов, каждому устройству на значается один уникальный адрес;

• синхронизация времени в прикладных программах;

• поиск тегов; это устраняет необходимость в репликации системной базы данных, содержащей информацию об устройствах.

PROFIBUS не имеет средств системного администрирования, а значит, не способен обеспечить выполнение описанных ранее функций.

Функциональная совместимость устройств — это возможность замены устройства полевой шины одного изготовителя на устройство другого изготовителя без потери функциональности или степени интеграции с сис темой управления или хост контроллером. Функциональная совместимость устройств позволяет пользователю для своего проекта выбрать наиболее подходящую аппаратуру, независимо от того, кто является производителем конкретного контроллера, датчика, исполнительного механизма или иного полевого оборудования.

В то время как семиуровневая модель OSI является общепринятой в области сетевых коммуникаций, FOUNDATION™ fieldbus вводит еще один, восьмой уровень, называемый пользовательским (User Level). В этом, в частности, состоит ее отличие от PROFIBUS PA. Элементами пользовательского уровня в архитектуре, используемой FOUNDATION™ fieldbus, являются функциональные блоки, которые представляют собой стандартизированные объекты управления, такие, например, как аналоговый вход, аналоговый выход и ПИД регу лятор (рис. 1). Существуют также дополнительные стандартные функциональные блоки, такие как дискретный вход, дискретный выход, селектор сигналов, операторский ввод, блок отношение/смещение и блок отношение. Функциональные блоки встроены в датчики и исполнительные устройства, за счет чего обеспечивается высокий уровень их функциональных возможностей.

PROFIBUS не имеет полностью определенных стандартных функциональных блоков. Вместо этого используются так называемые «профили» для определения функций, главным образом таких простых, как ввод и вывод. При этом собственно управление осуществляется специальным хост контроллером.

В пользовательский уровень (User Layer) FOUNDATION™ fieldbus включена возможность описания устройств на языке описания устройств (Device Description Language, DDL). Описания устройств можно рассматривать как своеобразные драйверы устройств. Поставщики оборудования предоставляют описания своих устройств пользователям. После считывания описания устройств хост системой система, как и все подключенные к ней устройства, способна поддерживать весь спектр функциональных возможностей устройства.

PROFIBUS не имеет средств, аналогичных описанию устройства. Совместимое с PROFIBUS оборудование должно соответствовать профилям устройств, допустимый набор которых определяется ассоциацией PNO. Профили, содержащие базовый набор параметров устройства, жестко заданы и не расширяемы. Это означает, что PROFIBUS распознает только базовый набор параметров, являющихся общими для всех устройств определенного типа. Чтобы получить возможность доступа к дополнительным или расширенным параметрам или возможностям конкретного устройства, необходимо написать специальную программу.

Более того, спецификации PROFIBUS не содержат никаких возможностей для обеспечения выполнения стандартных приложений во всех PROFIBUS совместимых устройствах.

В то время как организации, под держивающие PROFIBUS, ссылаются на строгое соблюдение профилей как на доказательство совместимости, на самом деле это относится скорее к вопросам сетевой совместимости и совсем недостаточно для настоящей совместимости уровня plug and play.

Например, для совместимого с PROFIBUS датчика температуры гарантируется возможность обмена данными через сеть PROFIBUS. Пользователь будет в состоянии выполнять базовые функции, такие как установка пределов измерения, считывание температуры и т.д., однако без специального программирования он не сможет выполнить специфические для конкретного датчика операции, такие, например, как калибровка. Это объясняется отсутствием в PROFIBUS возможностей описания устройств.

Используя FOUNDATION™ fieldbus, пользователь может легко подключить устройство к сети и после загрузки описания устройства взаимодейст вовать с ним без каких либо ограни чений. Технология FOUNDATION™ fieldbus обеспечивает полный доступ ко всем данным, в том числе к параметрам, специфичным для данного устройства.

Лишь некоторые версии PROFIBUS являются открытыми. Фактически компания Siemens все свои сети на базе RS 485 называет PROFIBUS, несмотря на то, что некоторые из них являются частнофирменным решением Siemens. С другой стороны, FOUNDATION fieldbus разработана в полностью открытой и нейтральной по отношению к различным производителям среде. Спецификации FOUNDATION fieldbus опубликованы и доступны всем желающим.

Кроме того, в ассоциации Fieldbus Foundation установлены такие правила, что любая часть сетевой технологии, будь то микросхемы или реализации протоколов, принимаются, только если для них существует несколько поставщиков.

Технология PROFIBUS, разработанная компанией Siemens в 1989 г., в на стоящее время применяется большим числом пользователей, чем FOUNDA TION™ fieldbus. Однако следует заметить, что протокол, используемый PROFIBUS, был разработан значительно раньше, чем протокол Fieldbus Foundation, и основан на менее современной технологии.

Число инсталляций PROFIBUS, объявленное ассоциацией PNO, отчасти вводит в заблуждение, так как существует множество версий PROFIBUS, ряд из которых не совместим друг с другом. Кроме того, компания Siemens разработала ряд протоколов, которые она называет PROFIBUS, не смотря на то, что эти протоколы не приняты органами стандартизации Германии или организацией PROFIBUS Users Group.

FOUNDATION™ fieldbus получает все более широкое распространение среди производите лей аппаратно программных средств для систем промышленной автомати зации, предъявляющих повышенные требования к отказоустойчивости и надежности работы систем. За по следние несколько месяцев системы, использующие технологию Fieldbus Foundation, были установлены такими крупными компаниями, как Dow Chemical, Syncrude Canada, Ltd. и Daishowa Paper.

Подробное изучение состава членов ассоциации Fieldbus Foundation в сравнении с PNO также показывает, что наибольшие вложения в разра ботку новых изделий будут прихо диться на FOUNDATION™ fieldbus.

Для большинства конечных пользо вателей все перечисленные ограничения делают PROFIBUS PA скорее временной заменой системы «4...20 мА», чем законченной сетевой архитектурой, с которой имеет смысл связывать свое будущее.

Заключение

В течение последних нескольких лет развитие промышленных (полевых) сетевых архитектур было одной из самых обсуждаемых тем среди производителей и потребителей оборудования для промышленной автоматизации. С середины 80 х го дов предпринимались попытки вы работать единый стандарт полевой шины (fieldbus), устанавливающий требования к открытому цифровому протоколу обмена, который бы обес печивал возможность взаимодейст вия контроллеров, устройств связи с объектом, датчиков и исполнитель ных механизмов разных производи телей.

С топологией fieldbus связано много ожиданий:

• это было огромным шагом вперед в области АСУ ТП подобно тому, как поколение назад интерфейс 4–20 мА практически полностью вытеснил пневмоавтоматику;

• стало возможным обеспечить двунаправленную помехоустойчивую связь между различными устройства ми системы управления;

• поскольку к единственному сегменту шины может подключаться несколько устройств различного назначения, отпадает необходимость прокладки отдельных линий связи и кабелей к каждому устройству, что существенно снижает затраты на монтаж и обслуживание кабельного хозяйства;

• устройства становятся способными передавать диагностическую информацию на верхний уровень системы управления, позволяя операторам немедленно локализовать неисправность;

• к промышленной сети могло бы быть подключено любое совместимое по протоколу устройство, независимо от фирмы производителя.

^{И, наконец, самое важное:}

• поскольку «настоящий» стандарт на полевую шину позволяет устройствам обмениваться информацией по принципу «точка точка», стало бы возможным распределить управление технологическим процессом непосредственно на уровне датчиков и исполнительных механизмов.

К преимуществам такого рода распределенных систем управления относится полное (за счет параллельной обработки) использование вычислительных ресурсов микропро цессорных устройств нижнего уровня АСУ ТП, что может привести:

• к сокращению времени реакции на события;

• к лучшей управляемости автоматизированной системы;

• к улучшению диагностики;

• к большей гибкости;

• к возможности использовать освободившиеся вычислительные ресурсы верхних уровней АСУ ТП для решения дополнительных задач, в том числе для управления производством в целом (АСУП).

Вне всякого сомнения, FOUNDATION™ fieldbus — более открытый протокол, разработанный и поддерживаемый организацией, в состав которой входит большинство крупнейших производителей аппаратно- программных средств для промышленрной автоматизации. И, напротив, контроль над PROFIBUS PA осуществляется одной компанией.

Хотя технология PROFIBUS PA, веоятно, сможет удовлетворить по требности большого числа пользова телей в ближайшем будущем, эта технология, несомненно, является устаревшей по сравнению с открытой, постоянно совершенствующейся технологией FOUNDATION™ fieldbus.

6. LON

Протокол LON (точнее LONTalk) был разработан американской компанией Echelon Corporation для построения интеллектуальных систем жизнеобеспечения зданий. В основе LON-технологии лежит использование специального интерфейсного кристалла Neuron. В 1990Кг. компания ECHELON заключила договор с компаниями Toshiba и Motorola об исключительном праве этих компаний на его производство. Этот однокорпусный кристалл содержит 3 микропроцессора: MAC (media access control CPU - ЦП доступа к среде передачи), NET (network CPU - сетевой ЦП) и APP (application CPU - ЦП приложений). MAC-процессор поддерживает первый и второй уровни OSI-модели; NET-процессор реализует функции с третьего по шестой уровень; APP-процессор обрабатывает функции прикладного уровня.

Существуют протоколы и методы кодирования для самых разнообразных физических каналов передачи данных. Например, метод дифференциального манчестерского кодирования выбран для витой пары, FSK-модуляция применяется для работы на сегментах линий электропроводки и на радиоканалах. LON-сеть может состоять из сегментов с различными физическими средами передачи: витая пара, радиочастотный канал, инфракрасный луч, линии напряжения, коаксиальный и оптический кабели. Для каждого типа физического канала существуют трансиверы, обеспечивающие работу сети на различных по длине каналах, скоростях передачи и сетевых топологиях.

При разрешении коллизий используется предсказывающий алгоритм их предупреждения, то есть доступ к каналу упорядочивается на основе знания о предполагаемой нагрузке этого канала. Узел, желающий передавать, всегда получает доступ к каналу со случайной задержкой из некоторого диапазона. Для предотвращения снижения пропускной способности сети величина задержки представлена как функция числа незавершенных заданий (backlog), стоящих в очереди на выполнение. Способность алгоритма, реализованного на MAC-уровне, "предсказывать" основана на оценке числа незавершенных заданий. Каждый узел имеет и поддерживает текущее значение backlog: инкрементирование и декрементирование происходит по результатам отправления и приема пакетов.

Максимальная размерность LON-сети - 32000 узлов, соединенных различными физическими средами в произвольной сетевой конфигурации.

7. Interbus

Спецификация Interbus была разработана фирмой Phoenix Contact в 1984 году и быстро завоевала прочные позиции в сфере распределенных АСУ ТП благодаря целому ряду интересных структурных решений. Прежде всего следует отметить максимальное рас стояние, которое может охватывать эта ПС, — до 13 километров (рис. 1). Для сетей, физический уровень которых основан на стандарте RS 485, этот показатель очень высок, и обеспечивается он благодаря ретрансляции сигнала в каждом узле. Максимальное количество узлов 512, расстояние между узлами до 400 метров, используемый кабель Belden 3119A. Узлы ретрансляторы образуют основу то пологии Interbus, оконечные же уст ройства подключаются к дополнительным кольцевым сегментам, в которых питающее напряжение передается вме сте с данными. Длина дополнительных сегментов может составлять до 200 метров, для их прокладки используется обычная неэкранированная витая пара. Доступ к среде передачи данных в Interbus организован по принципу суммирующего фрейма и обеспечивает га рантированное время передачи информации. Таким образом, Interbus является хорошим решением для унифицированной автоматизации производства, компоненты которого территориально разнесены на большое расстояние.

7.WorldFIP

Протокол WorldFIP (World Factory Instrumentation Protocol) разработан на основе французского стандарта, известного как NFC46-600 или FIP. Его разработал консорциум компаний, производящих полевые устройства, в которых используется система сообщений. Протокол WorldFIP удовлетворяет требованиям реального времени. Главные члены консорциума - Honeywell, Baily Controls, Cegelec, Allen Bradley, Telemecanique, Electricity de France, Elf.

Протокол построен на гибридном (централизованный/децентрализованный) доступе к шине и для передачи данных использует режим широкого вещания (broadcast). Контроль обеспечивается со стороны центрального узла сети (central unit), называемого Арбитром. Основной поток данных организован как набор отдельных переменных, каждая из которых идентифицирована своим именем. Любая переменная, обработанная в одном узле-передатчике, может быть прочитана всеми узлами-приемниками одновременно. Использование режима широкого вещания избавляет от процесса присваивания каждому устройству уникального сетевого адреса.

Функции управления некоторым процессом могут распределяться между различными устройствами на шине. Это возможно потому, что все "приемники" одновременно принимают одинаковые переменные, а время обновления данных и их передача подчиняются строгому контролю. Основу FIP составляет "база данных реального времени".