Методы передачи
Асинхронные модемы
При асинхронной передаче (передаче с нерегулярными интервалами, передаче без тактирующих импульсов) данные передаются по единственной линии. Приемник должен определить, когда и какие данные пришли. Для этой цели приемник часто, обычно в 16 раз чаще, чем максимальное быстродействие связи, опрашивает линию. Таким образом, обнаруживается момент прихода и значение данных. Очевидно, что передаваемый элемент данных (обычно это 8-ми разрядный символ) должен быть окаймлен дополнительными битами, что требуется как для синхронизации, так и для того, чтобы можно было передать символ, состоящий из одних нулей или единиц. На рис. 4 показан обмен данными по последовательной асинхронной связи RS-232. Стандарт на интерфейс RS-232 C разработан ассоциацией электронный промышленности (ElectronicIndustriesAssociation - EIA). Компьютеры IBM PC обычно оборудованы не менее чем одним последовательным асинхронным адаптером, частично поддерживающим протокол RS-232 C.
Рис. 4. Обмен данными по последовательной асинхронной связи RS-232
Исходное состояние линии - уровень логической 1, которое называется отмеченным (Mark). При начале передачи уровень переходит в логический 0 (пустое состояние, Space). Если линия находится в данном состоянии долее определенного времени, то связь считается разорванной (Break).
После начала передачи уровнем логического 0 передается стартовый бит (Start). На рисунке только для стартового бита изображены импульсы опроса, которые генерируются приемной аппаратурой для определения значений передаваемых бит.
За стартовым битом следуют биты данных. На рис. 2 показан пример с 8 битами в символе с номерами от 0 до 7. Вслед за битами данных может следовать бит четности P, если используется проверка на четность.
Завершают передачу символа один или два стоповых бита (Stop). После этого линия опять переходит в состояние Mark.
И передатчик, и приемник должны быть настроены на одинаковый формат посылки (число бит в символе, есть/нет проверка на четность или нечетность, один/два стоповых бита) и одинаковую скорость передачи.
Пример использования асинхронного модема, работающего на двухпроводной телефонной линии с ЧРК приема и передачи, показан на рис. 5.
Рис. 5. Пример использования асинхронного модема
При старт-стопной передаче отсутствует синхронизация между приемником и передатчиком (рис. 6).
Рис. 6. Старт-стопная передача данных
Передающий модем просто шлет данные, а принимающий - принимает, а затем проверяет, что они приняты без ошибок. Для обнаружения ошибок выделяется дополнительный бит - бит четности. Если информационные биты имеют нечетное число "1", то в бит четности заносится "1", если четное - "0". При приеме осуществляется контроль четности. Если в процессе передачи произошло искажение какого-либо разряда ("1" > "0" или "0" > "1"), то будет получено нечетное количество "1" и обнаружена ошибка.
Стандарт модемов V.32 не предусматривает аппаратного контроля ошибок, и он возлагается на специальное программное обеспечение, работающее с модемом. Модемы V.42 используют аппаратную коррекцию ошибок (и поддерживают MNP4). Недостатком асинхронной связи является то, что = 25% трафика данных состоит из управляющей и контролирующей информации.
Сжатие уменьшает время, необходимое для передачи данных (за счет удаления избыточных элементов или пустых участков). Наиболее распространенными стандартами сжатия являются V.42bis и MNP5 (MicrosoftNetworkProtocolclass 5). Различные стандарты определяют различные аспекты работы модема. Поэтому один и тот же модем, чтобы увеличить производительность, иногда использует комбинацию протоколов передачи данных и контроля ошибок.
Например, при использовании модемов на асинхронном аналоговом канале связи между ЛВС хорошие результаты может дать следующая комбинация:
V.32bis - передача;
V.42 - контроль ошибок;
V.42bis - сжатие.
Однако необходимо, чтобы модемы на обеих сторонах поддерживали одни и те же протоколы.
Асинхронные или последовательные модемы дешевле синхронных, поскольку не нуждаются в схемах и компонентах для управления синхронизацией.
Синхронные модемы
Синхронная связь основана на согласованной работе двух устройств. Ее цель - выделить биты из группы при передаче их блоками. Эти блоки называют кадрами. Для установки синхронизации и периодической проверки ее правильности используются специальные символы.
Рис. 7. Передача битов в синхронном модеме
Поскольку биты передаются в синхронном режиме, стартовые и стоповые биты не нужны (рис. 7). Передача завершается в конце одного кадра и начинается вновь на следующем кадре. Этот метод более эффективнее, чем асинхронная передача, т. к. доля передаваемой полезной информации может превышать 95% (в то время как при асинхронной передаче не более 75 - 80%). В случае обнаружения ошибки синхронная схема распознавания и коррекции ошибок просто повторяет передачу кадра. Синхронные протоколы:
-разбивают данные на блоки;
-добавляют управляющую информацию;
-устанавливают соединение;
-проверяют данные на наличие ошибок.
Наиболее проста для понимания синхронная передача. Ее суть заключается в том, что одновременно с данными по дополнительной линии передаются синхроимпульсы тактирования. Приемник после получения синхроимпульса просто считывает данные из линии данных. Очевидно, что не требуются никакие дополнительные вычисления или обработка, но на каждую сигнальную линию требуется линия тактирования. Иллюстрация синхронной передачи показана на рис. 8.
Рис. 8. Диаграмма синхронной передачи данных
Синхронные модемы, работающие на аналоговых телефонных каналах, используются при высоких скоростях для обмена данными до 28800 бит/сек и выше. Обычные методы модуляции - фазовая и интегрированная фазово-амплитудная (при скоростях выше, чем 4800 бит/сек). В синхронных модемах используются эквалайзеры (компенсаторы), чтобы выровнять характеристики телефонных линий. Эти компенсаторы вставлены в дополнение к компенсаторам, иногда уже существующим в телефонных линиях. Компенсаторы могут быть разбиты на следующие три основные группы:
Фиксированный (статистический) компенсатор. Эти компенсаторы смещают сигнал согласно среднему из известного затухания на каждой частоте. Настройка компенсатора обычно делается у изготовителя и фиксируется на месте. Такие компенсаторы обычно используются при работе на низких скоростях в линиях с набором номера.
Вручную корректируемый компенсатор. Эти компенсаторы могут быть настроены на оптимальную эффективность для данной линии. Они должны периодически подстраиваться для данной линии и быть заново настроены при замене линии. Для настройки используются кнопки внутри модема (или на внешней панели).
Автоматический компенсатор. Эти компенсаторы автоматически настраиваются при установлении соединения. В зависимости от качества линии компенсатор непрерывно (через 15-25 мс) производит опрос линии и подстраивается к измененным условиям, так что в каждый момент времени модем функционирует при оптимальных условиях. В некоторых модемах подстройка выполняется до 2400 раз в секунду.
Передатчик синхронного модема на рис. 9.
Рис. 9. Передатчик синхронного модема
В синхронных модемах канал может быть разбит для отдельных потребителей на различные скорости. Модемы, которые имеют эту способность, называются SSM - SplitSystemModem.
Основные протоколы синхронной связи:
SDLC - протокол синхронного управления каналом (SynchronousDataLinkControl);
HDLS - высокоуровневый протокол управления каналом (HighDataLinkControl);
BISYNC - протокол двоичной синхронной связи (BinarySynchronousCommunicationprotocol).
Синхронная связь используется практически во всех цифровых системах связи. Если для соединения удаленных ПК используются цифровые линии, то необходимо устанавливать синхронный модем. Следует отметить, что из-за высокой стоимости и сложности синхронные модемы для домашних условий и небольших ЛВС, как правило, не предлагаются.