第二章 數(shù)據(jù)通信

1、第二章數(shù)據(jù)通信分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)課件什么是通信？ 通信就是信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍倪^(guò)程。通信系統(tǒng)的基本組成發(fā)送裝置接收裝置信 道信 息 發(fā)送裝置將信息送上信道，信息由信道傳送給接收裝置。 數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信息 具有一定編碼、格式和字長(zhǎng)的數(shù)字信息被稱為數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)傳輸速率傳輸速率 信道在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘俊Ｒ话阋悦棵腌娝軌騻鬏數(shù)谋忍財(cái)?shù)來(lái)表示，常記為bps或b/s。數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)傳輸方式傳輸方式 單工單工(Simplex)方式 信息只能沿單方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工方式 半雙工半雙工(Half duplex)方式 信息可以

2、沿著兩個(gè)方向傳輸，但在某一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為半雙工方式，全雙工全雙工(Full duplex)方式 信息可以同時(shí)沿著兩個(gè)方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為全雙工方式 數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)發(fā)送裝置接收裝置單 向 信 道發(fā)送裝置接收裝置單 向 信 道發(fā)送裝置接收裝置雙 向 信 道單工單工(Simplex)方式方式 半雙工半雙工(Half duplex)方式方式 全雙工全雙工(Full duplex)方式方式 數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸 基帶傳輸計(jì)算機(jī)中的信息是以二進(jìn)制形式存在的，這些二進(jìn)制信息可以用一系列的脈沖信號(hào)來(lái)表示，所謂基帶

3、傳輸，就是直接將這些脈沖信號(hào)通過(guò)信道進(jìn)行傳輸。載帶傳輸基帶傳輸不適用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)，需要進(jìn)行調(diào)制。用基帶信號(hào)調(diào)制載波之后，在信道上傳輸調(diào)制后的載波信號(hào)，這就是載帶傳輸。 數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸 寬帶傳輸 如果要在一條信道上同時(shí)傳送多路信號(hào)，各路信號(hào)可以不同的載波頻率加以區(qū)別，每路信號(hào)以載波頻率為中心占據(jù)一定的頻帶寬度，整個(gè)信道的帶寬為各路載波信號(hào)所分享，實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)同時(shí)傳輸，這就稱之為寬帶傳輸。 數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)發(fā)送裝置接收裝置信 道 基帶傳輸基帶傳輸 發(fā)送裝置接收裝置信 道 載帶傳輸載帶傳輸 發(fā)送裝置接

4、收裝置信 道 寬帶傳輸寬帶傳輸 數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸異步傳輸 在異步傳輸中，信息以字符為單位進(jìn)行傳輸，每個(gè)信息字符都具有自己的起始位和停止位，一個(gè)字符中的各個(gè)位是同步的，但字符與字符之間的時(shí)間間隔是不確定的。數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)異步傳輸與同步傳輸異步傳輸與同步傳輸同步傳輸在同步傳輸中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊為單位進(jìn)行傳輸?shù)?。通信系統(tǒng)中有專門(mén)用來(lái)使發(fā)送裝置和接收裝置保持同步的時(shí)鐘脈沖，使兩者以同一頻率連續(xù)工作，并且保持一定的相位關(guān)系。在這一組數(shù)據(jù)或一個(gè)報(bào)文之內(nèi)不需要啟停標(biāo)志，所以可以獲得較高的傳輸速度。 數(shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)串行傳輸與并行

5、傳輸串行傳輸與并行傳輸串行傳輸串行傳輸是把構(gòu)成數(shù)據(jù)的各個(gè)二進(jìn)制位依次在信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞剑徊⑿袀鬏敳⑿袀鬏斒前褬?gòu)成數(shù)據(jù)的各個(gè)二進(jìn)制位同時(shí)在信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?。?shù)據(jù)通信原理基本概念及術(shù)語(yǔ)串行傳輸與并行傳輸串行傳輸與并行傳輸發(fā)送裝置接收裝置串行傳輸串行傳輸 1 0 0 1 0 1 0 0 并行傳輸并行傳輸 發(fā)送裝置接收裝置1 0 0 1 0 1 0 0數(shù)據(jù)通信原理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）(1)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸 平衡傳輸時(shí)，無(wú)論0還是1均有規(guī)定的傳輸格式； 非平衡傳輸時(shí)，只有1被傳輸，而0則以在指定的時(shí)刻沒(méi)有脈沖信號(hào)來(lái)表示。(2)根據(jù)對(duì)零電平的關(guān)系，信息傳輸可以分為歸零傳輸

6、和不歸零傳輸。 歸零傳輸是指在每一位二進(jìn)制信息傳輸之后均讓信號(hào)返回零電平； 不歸零傳輸是指在每一位二進(jìn)制信息傳輸之后讓信號(hào)保持原電平不變。數(shù)據(jù)通信原理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）(3)根據(jù)信號(hào)的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸。 單極性是指脈沖信號(hào)的極性是單方向的， 雙極性是指脈沖信號(hào)有正和負(fù)兩個(gè)方向。 數(shù)據(jù)通信原理二進(jìn)制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）tttttttt11 11 1000時(shí)鐘脈沖數(shù) 據(jù)(a)(b)(c)(d)(e)(f)平衡、歸零、雙極性；平衡、歸零、單極性；平衡、不歸零、單極性；非平衡、歸零、雙極性；非平衡、歸零、單極性；非平衡、不歸零、單極性； 數(shù)據(jù)通信原理二進(jìn)制數(shù)

7、據(jù)的表示方法（載帶傳輸）調(diào)幅；1tttt1100(a)(b)(c)數(shù)據(jù)調(diào)頻；調(diào)相 數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換線路交換報(bào)文交換分組交換虛電路數(shù)據(jù)報(bào)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)交換方式線路交換通信過(guò)程： (1)線路建立 (2)數(shù)據(jù)通信 (3)線路拆除 1.1.線路交換方式線路交換方式 數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)交換方式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā) M1M2 M1M2M2 M1 M12.2.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式 （1 1）報(bào)文交換方式）報(bào)文交換方式數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)交換方式12ABYXIIIIIIIVABYXIIIIIIIVABYXIIIIIIIV121212連接建立數(shù)據(jù)傳輸連接釋放2.2

8、.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式 （2 2）報(bào)文分組交換方式）報(bào)文分組交換方式- -虛電路方虛電路方法法數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)交換方式124 3124342341314243112432.2.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式 （2 2）報(bào)文分組交換方式）報(bào)文分組交換方式- -數(shù)據(jù)報(bào)方數(shù)據(jù)報(bào)方法法數(shù)據(jù)通信原理信道 所謂信道，系指發(fā)送裝置和接收裝置之間的信息傳輸通路，它包括傳輸介質(zhì)和有關(guān)的中間設(shè)備。 數(shù)據(jù)通信原理信道v 雙絞線v 同軸電纜v 光纜v 無(wú)線傳輸（無(wú)線電波，微波，紅外線） 1.1.傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通信原理信道1.1.傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜數(shù)據(jù)通信原理信道1.1.傳輸介質(zhì)傳輸

9、介質(zhì)發(fā)送端接收端無(wú)線電波地表面發(fā)送端接收端大氣層中的電離層地表面（a ）（b ）無(wú)線電波數(shù)據(jù)通信原理信道1.1.傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)微波微波地表面數(shù)據(jù)通信原理信道傳輸距離（km）傳輸速率（Mbps）0.010.11100.010.1110雙絞線同軸電纜光纜1.1.傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通信原理信道v 雙絞線： 連接特別簡(jiǎn)單，只要通過(guò)普通的接線端子就可以把各種設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，不需要任何專用設(shè)備。v 同軸電纜 一般要通過(guò)專用的“”形連接器進(jìn)行連接。這種連接器類似于閉路電視中的連接器，構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，而且已經(jīng)形成了一系列的標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用起來(lái)十分方便。2.2.連接方式連接方式Pin光電二極管選擇開(kāi)關(guān)LE

10、D光二極管+12345光脈沖輸入接收電路發(fā)送數(shù)據(jù)控制信號(hào)光脈沖輸 出數(shù)據(jù)通信原理信道v 光纜 2.2.連接方式連接方式數(shù)據(jù)通信原理信道v 光纜 光脈沖輸入信號(hào)經(jīng)pin光電二極管光電二極管轉(zhuǎn)換為低電平的電壓信號(hào)。這個(gè)信號(hào)經(jīng)放大器1、2放大后再經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管LED轉(zhuǎn)換為光脈沖信號(hào)輸出。放大器1輸出的信號(hào)還經(jīng)過(guò)放大器3送往接收電路。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，選擇開(kāi)關(guān)切換到下面，通過(guò)放大器4發(fā)送數(shù)據(jù)?？刂菩盘?hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器5控制選擇開(kāi)關(guān)的切換。2.2.連接方式連接方式數(shù)據(jù)通信原理信道 介質(zhì)介質(zhì) 特點(diǎn)特點(diǎn)項(xiàng)目項(xiàng)目雙絞線雙絞線 同軸電纜同軸電纜 光纜光纜 傳輸線價(jià)格傳輸線價(jià)格較低較低較高較高較高較高連接器件和連接器件和支

11、持電路的價(jià)格支持電路的價(jià)格低低較低較低高高抗干擾能力抗干擾能力如采用屏蔽措施，則如采用屏蔽措施，則比較好比較好很好很好特別好特別好標(biāo)準(zhǔn)化程度標(biāo)準(zhǔn)化程度高高較高較高低低敷設(shè)敷設(shè)簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單稍復(fù)雜稍復(fù)雜簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單連接連接同普通導(dǎo)線一樣簡(jiǎn)單同普通導(dǎo)線一樣簡(jiǎn)單需要專用的連接器需要專用的連接器需要很復(fù)雜的連接器件需要很復(fù)雜的連接器件和連接工藝和連接工藝適用于網(wǎng)絡(luò)類型適用于網(wǎng)絡(luò)類型環(huán)形或總線型網(wǎng)絡(luò)環(huán)形或總線型網(wǎng)絡(luò)總線型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)總線型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)主要用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)主要用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性較好較好較好較好特別好，耐高溫，適用特別好，耐高溫，適用于惡劣環(huán)境于惡劣環(huán)境數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制1.差錯(cuò)控制的

12、概念 分散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是在條件比較惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作的，因此，在信息傳輸過(guò)程中，各種各樣的干擾可能造成傳輸錯(cuò)誤。這些錯(cuò)誤輕則會(huì)使數(shù)據(jù)發(fā)生變化，重則會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程事故。因此必須采取一定的措施來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤并糾正錯(cuò)誤，把檢錯(cuò)和糾錯(cuò)統(tǒng)稱為差錯(cuò)控制。 數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制2.傳輸錯(cuò)誤及可靠性指標(biāo) 突發(fā)錯(cuò)誤 突發(fā)錯(cuò)誤是由突發(fā)噪聲引起的，其特征是誤碼連續(xù)成片出現(xiàn)。 隨機(jī)錯(cuò)誤 隨機(jī)錯(cuò)誤是由隨機(jī)噪聲引起的，它的特征是誤碼與其前后的代碼是否出錯(cuò)無(wú)關(guān)。 可靠性指標(biāo)：誤碼率 誤碼率（Pe）=出錯(cuò)的碼元數(shù)傳輸?shù)目偞a元數(shù)數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制垂直奇偶校驗(yàn)在發(fā)送端檢錯(cuò)由發(fā)送端重發(fā)在接收端校驗(yàn)附加比特根據(jù)應(yīng)答，由發(fā)送端重

13、發(fā)水平奇偶校驗(yàn)矩陣奇偶校驗(yàn)累加和校驗(yàn)漢明碼校驗(yàn)循環(huán)碼校驗(yàn)其它編碼校驗(yàn)回送比較回送校驗(yàn)字符并列傳輸重復(fù)傳輸檢錯(cuò)碼糾錯(cuò)碼回送連發(fā)傳輸信息中附加冗余度的方法傳輸方法中附加冗余度的方法在接收端校驗(yàn)附加比特自己糾錯(cuò)在接收端檢錯(cuò)由發(fā)送端重發(fā)3.差錯(cuò)控制方法0101010011001數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制接收端發(fā)送端001110接收端發(fā)送端0011100110011001接收端發(fā)送端0011100110011 0 01 13.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制碼組、碼字、分組碼、編碼率的概念 設(shè)一組信息的字長(zhǎng)是k位，則這組信息可以有2k個(gè)狀態(tài)。如果在信息后面按一定規(guī)則附加r個(gè)冗余位，則可組成長(zhǎng)度為n=k+r的二

14、進(jìn)制序列，稱之為碼組。碼組共有2n個(gè)狀態(tài)，其中有2k個(gè)是有用的狀態(tài)，即合法信息，其余的是無(wú)用的冗余狀態(tài)，即非法信息。 每個(gè)狀態(tài)稱為一個(gè)碼字，這些碼字的集合稱為分組碼，記為(n，k)。k與n的比值稱為編碼率，用R表示。R越大，有用信息所占的比重就越大，信息的傳輸效率越高，但信息的冗余度就越小，差錯(cuò)控制的能力就越弱。 3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制漢明距離 由前可知，如果讓信息的合法狀態(tài)之間有很大的差別，那么一種合法信息錯(cuò)成另一合法信息的可能性就會(huì)大大減小。 對(duì)于兩個(gè)長(zhǎng)度相同的二進(jìn)制序列來(lái)說(shuō)，它們之間的差別可以用兩個(gè)序列之間對(duì)應(yīng)位取值的不同來(lái)衡量，取值不同的值的個(gè)數(shù)稱為漢明(Hamming)

15、距離，用字母d表示。 例如在前面的例子中，c1=000，c2=111，這兩個(gè)序列之間的漢明距離為d(c1， c2)=3 。在一個(gè)分組碼中，碼字之間的最小漢明距離是很重要的參數(shù)，最小漢明距離越大，說(shuō)明碼字之間的差別就越大，一個(gè)碼字錯(cuò)成另一個(gè)碼字的可能性就越小。 3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制000111x1x2x3x3x2 x10010111011000101103.差錯(cuò)控制方法漢明距離的幾何表示 數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制奇偶校驗(yàn)：垂直奇偶校驗(yàn) 設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗(yàn)位如下（采用偶校驗(yàn)）： worldx111000 x211100 x311011x40

16、1010 x510100 x611111x711111xc000013.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制奇偶校驗(yàn)：水平奇偶校驗(yàn) 設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗(yàn)位如下（采用偶校驗(yàn)）： worldxcx1110000 x2111001x3110110 x4010100 x5101000 x6111111x71111113.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制奇偶校驗(yàn)：矩陣奇偶校驗(yàn) 設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗(yàn)位如下（采用偶校驗(yàn)）： worldxcx1110000 x2111001x3110110 x4010100 x5101000

17、x6111111x7111111xc0000113.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制漢明校驗(yàn) 漢明(Hamming)校驗(yàn)是在奇偶校驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，漢明校驗(yàn)不像奇偶校驗(yàn)?zāi)菢觾H設(shè)置一位校驗(yàn)碼，而是設(shè)置若干位校驗(yàn)碼，其中每個(gè)校驗(yàn)位有一定的校驗(yàn)范圍。例如，設(shè)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為x1 (僅1位)，如果采用漢明校驗(yàn)碼，則需附加2位校驗(yàn)位，記為xc1、xc2。由于、可以組合成四種狀態(tài)，故可用其中的一種狀態(tài)表示無(wú)錯(cuò)，其他三種狀態(tài)分別表示x1 、 xc1 、 xc2出錯(cuò)。具體實(shí)現(xiàn)方法如下：將x1和xc1編為一組，記為G，再將x1和xc2編為一組，記為。對(duì)每一組都分別進(jìn)行奇偶校驗(yàn)(在本例中采用偶校驗(yàn)) 。 3.差

18、錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制漢明校驗(yàn)的編組 x1xc1xc2G1G23.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制漢明校驗(yàn)的幾種情況 (1) G1G=11，說(shuō)明G1、G兩組均發(fā)生錯(cuò)誤，因此可以判定是x1出錯(cuò)，將取反，就可實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)；(2) G1G=10，說(shuō)明只有G1組發(fā)生了錯(cuò)誤，因此可以判定是xc1出錯(cuò)，此時(shí)是正x1確的，無(wú)需糾錯(cuò)；(3) G1G=01，說(shuō)明只有G組發(fā)生了錯(cuò)誤，因此可以判定是xc2出錯(cuò)；同理， x1正確，無(wú)需糾錯(cuò)；(4) G1G=00，說(shuō)明G1G色兩組均正確傳輸，沒(méi)有錯(cuò)誤。 3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制漢明校驗(yàn)應(yīng)滿足的條件 從上述例子中可以總結(jié)出漢明校驗(yàn)的能力：若采用r個(gè)校驗(yàn)位，

19、則校驗(yàn)位可以組成2r種狀態(tài)，用其中的一種狀態(tài)代表無(wú)錯(cuò)，用r種狀態(tài)表示哪一個(gè)校驗(yàn)位出錯(cuò)，則還有2r-l-r種狀態(tài)信息能用于糾錯(cuò)。若被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為k位，采用漢明校驗(yàn)，所附加的校驗(yàn)位為r，則應(yīng)滿足下式：2r k+r+13.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制漢明校驗(yàn)的編碼規(guī)則如下：(1) 若附加r個(gè)冗余校驗(yàn)位，則可以組成r個(gè)校驗(yàn)組，分別用G1 ，G2 Gr表示，且每個(gè)冗余位一般只參加1個(gè)校驗(yàn)組。(2) 每位數(shù)據(jù)必須參加2r個(gè)校驗(yàn)組，但組合上不應(yīng)重復(fù)。(3) 如果某位出錯(cuò)，必使它所參加的校驗(yàn)組校驗(yàn)出錯(cuò)，例如，若x4參加了G和G組，當(dāng)G和G校驗(yàn)出錯(cuò)，而其他組的校驗(yàn)正確時(shí)，則可判定是x4出錯(cuò)，只要將其取反，即

20、可糾正。3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制 當(dāng)k=11，r=5時(shí)，其一種漢明校驗(yàn)分組如下表所示，如果G1 G2 GGG=00000，則無(wú)錯(cuò)；若G=1，說(shuō)明有一位錯(cuò)(3位及3位以上錯(cuò)不討論)，且G1 G2 GG可指出錯(cuò)誤位置；若G1 G2 GG0，則表示有兩位錯(cuò)。3.差錯(cuò)控制方法 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9 x10 x11 xc1 xc1 xc3 xc4 xc5G1 G2 G3 G4 G5 漢明校驗(yàn)思考題(1)當(dāng)K=2,5,6.時(shí)，對(duì)應(yīng)的r及編組。(2)當(dāng)給定一個(gè)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)，試確定冗余位的值。數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制方法 循環(huán)冗余

21、校驗(yàn)CRC(Cyclic Redundancy Check)是在分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的一種校驗(yàn)方法。其校驗(yàn)碼的生成過(guò)程如下： (1)設(shè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)為D，把D與G（稱為生成多項(xiàng)式）的最高次項(xiàng)相乘得到D(通過(guò)移位來(lái)實(shí)現(xiàn))； (2)用G(生成多項(xiàng)式)除D； (3)將上一步相除后所得的余數(shù)作為校驗(yàn)碼(即CRC)； (4)將D與余數(shù)相加后傳輸。循環(huán)冗余校驗(yàn)3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制循環(huán)冗余校驗(yàn) 下面舉例說(shuō)明CRC方法的應(yīng)用： 例：已知要發(fā)送的數(shù)據(jù)D=1100,生成碼G=1011（冗余碼位數(shù)3），其對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制序列分別為D=23+22，G=23+21+1。 如果以x代替基數(shù)2，則對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式為

22、： D(x)=x3+x2 G(x)=x3+x+1 首先把D(x)與G(x)的最高次項(xiàng)相乘（x3），得： D(x)=x3 D(x)= x3 (x3+x2)= x6+x53.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制循環(huán)冗余校驗(yàn) 下面舉例說(shuō)明CRC方法的應(yīng)用： 接著，用生成多項(xiàng)式G(x)去除D(x)(在這里應(yīng)注意采用了模2運(yùn)算法則)，得：3.差錯(cuò)控制方法xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx23242423534534656131數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制循環(huán)冗余校驗(yàn) 下面舉例說(shuō)明CRC方法的應(yīng)用： 得到余數(shù)為x,即循環(huán)冗余碼為010（注意為3位）。把D(x)加上余數(shù)，這就是發(fā)送出去的全部信息F(x): F

23、(x)=D(x)+x=x6+x5+x 即待發(fā)送碼字為1100010。 3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制 在接收端的校驗(yàn)方法如下： (1)用與發(fā)送端相同的多項(xiàng)式G去除所接收到的D+余數(shù)； (2)如果能除盡，表示無(wú)差錯(cuò)；去掉余數(shù)后，得到數(shù)據(jù); (3)如果除不盡，說(shuō)明有差錯(cuò)，按一定規(guī)則進(jìn)行糾錯(cuò)或請(qǐng)求重發(fā)。循環(huán)冗余校驗(yàn)3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制輸入數(shù)據(jù)D移位D附加CRCD+余數(shù)產(chǎn)生CRCD/G的余數(shù)CRC校驗(yàn)D+余數(shù)/G判斷余數(shù)=0？輸出數(shù)據(jù)D正確接收余數(shù)=0非正確接收余數(shù)0發(fā)送端接收端傳輸循環(huán)冗余校驗(yàn)3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制 生成多項(xiàng)式應(yīng)滿足的條件： 生成多項(xiàng)式是(xn+1

24、)的(n-k)次因式(模2運(yùn)算法則)例如：n=7, k=3X7+1=(x+1)(x3+x2+1)(x3+x+1)滿足條件的多項(xiàng)式有兩個(gè)：(x+1)(x3+x2+1) = x4+x2+x+1(x+1)(x3+x+1) = x4+x3+x2+1循環(huán)冗余校驗(yàn)3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制目前應(yīng)用比較廣泛的生成多項(xiàng)式有： CRC-CCITT:G(X)=X16+x12+x5+1CRC-16:G(X)=X16+x15+x2+1CRC-12:G(X)=X12+x11+x3+x2+x+1CRC-32:G(X)=X32+x26+x23+x22+x16+x12+x11 +x10+x8+x7+x5+x4+x2

25、+x+1循環(huán)冗余校驗(yàn)3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信原理差錯(cuò)控制 連發(fā)校驗(yàn) 連發(fā)校驗(yàn)是把同一數(shù)據(jù)連發(fā)兩次，在接收端比較這兩次的數(shù)據(jù)是否相同，如果不同，則說(shuō)明傳輸出錯(cuò)。由于連發(fā)會(huì)導(dǎo)致傳輸效率下降，所以有時(shí)只把一些重要數(shù)據(jù)連發(fā)。 回送校驗(yàn) 回送校驗(yàn)就是在接收端接收傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，將傳輸數(shù)據(jù)送回發(fā)送端，由發(fā)送端校驗(yàn)發(fā)送的數(shù)據(jù)和送回的數(shù)據(jù)是否一致。如果不一致，說(shuō)明傳輸出錯(cuò)，由發(fā)送端將數(shù)據(jù)再重發(fā)一次。3.差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述工業(yè)控制局域網(wǎng)特點(diǎn) (1) (1)具有快速實(shí)時(shí)響應(yīng)能力具有快速實(shí)時(shí)響應(yīng)能力 一般：0.010.5s以內(nèi)，較高：10ms； (2) (2)具有極高的可靠性具有極高的可靠性 數(shù)據(jù)傳送

26、誤碼率低于10-11-10-8。因此，除采取各種信號(hào)處理和傳輸技術(shù)，還采用雙網(wǎng)冗余方式。 (3) (3)適合在惡劣環(huán)境下工作適合在惡劣環(huán)境下工作 要能抗電源干擾、電磁干擾、雷擊干擾、地電位差干擾等。 (4) (4)分層結(jié)構(gòu)分層結(jié)構(gòu) 需要把整個(gè)通信系統(tǒng)的功能分成若干個(gè)層次去實(shí)現(xiàn)。每一個(gè)層次就是一個(gè)通信子網(wǎng)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述通信子網(wǎng)的特征v通信子網(wǎng)具有自己的地址結(jié)構(gòu)。v通信子網(wǎng)相連可以采用自己的專用通信協(xié)議。v一個(gè)通信子網(wǎng)可以通過(guò)接口與其他網(wǎng)絡(luò)相連，實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備相互通信。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述DCS中的幾種通信 (1)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和中央控制室設(shè)備（現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)關(guān)或接口或控制器）之間的通信。

27、(2)基本控制單元內(nèi)的I/O設(shè)備與處理器之間的通信。 (3)同一控制機(jī)柜中基本控制單元之間的通信。 (4)不同過(guò)程控制站之間及與人機(jī)接口之間的通信（即運(yùn)行員站與過(guò)程控制站、過(guò)程控制站與過(guò)程控制站之間）。 (5)人機(jī)接口之間的通信（每個(gè)人機(jī)接口添加獨(dú)立的網(wǎng)卡形成獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)）。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高 層人機(jī)接口中 央計(jì)算機(jī)通信接口4通信系統(tǒng)高 層人機(jī)接口通信接口1通信接口2通信接口3BCUBCUBCUBCUBCUBCUBCUBCUBCU廠級(jí)子網(wǎng)控制室子網(wǎng)機(jī)柜子網(wǎng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一(1)機(jī)柜子網(wǎng) 基本控制單元之間。(2)廠級(jí)子網(wǎng) 控制室設(shè)備與控制機(jī)柜中的設(shè)備之間。(3)控制室子網(wǎng) 高層設(shè)備之間。數(shù)據(jù)

28、通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高 層人機(jī)接口中 央計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)高 層人機(jī)接口通信接口1通信接口2通信接口3BCUBCUBCUBCUBCUBCUBCUBCUBCU廠級(jí)子網(wǎng)后端子網(wǎng)局部子網(wǎng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二(1)局部子網(wǎng) 子系統(tǒng)內(nèi)或基本控制單元之間。(2)廠級(jí)子網(wǎng) 高層設(shè)備與局域子網(wǎng)之間。(3)后端子網(wǎng) 高層設(shè)備之間。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有 源 交換設(shè)備星型總線型環(huán)形節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)有源交換設(shè)備節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)無(wú)源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通信協(xié)議概述通信協(xié)議 數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程進(jìn)行管理的規(guī)則被稱為協(xié)議。協(xié)議的分層 信號(hào)層 媒介、機(jī)構(gòu)和控制手段。 語(yǔ)言層 語(yǔ)言的種類、詞意、語(yǔ)法，等

29、等。 知識(shí)層 專業(yè)知識(shí)、基本概念以及理解能力。通信協(xié)議參考模型v物理層：物理層：電氣和機(jī)械特性。v鏈路層：鏈路層：鏈路使用權(quán)分配，信息格式，檢錯(cuò)糾錯(cuò)方式。 v網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層：信息傳輸路徑選擇。v傳輸層：傳輸層：信息傳輸任務(wù)完成確認(rèn)。v會(huì)話層：會(huì)話層：通信任務(wù)啟動(dòng)/停止。v表達(dá)層：表達(dá)層：信息格式轉(zhuǎn)換。v應(yīng)用層：應(yīng)用層：召喚底層協(xié)議為其服務(wù)。OSI參考模型通信協(xié)議物理層協(xié)議規(guī)定了以下四方面特性機(jī)械特性機(jī)械特性 可接插連接器的形狀尺寸、引腳數(shù)量與排列等。功能特性功能特性 規(guī)定物理接口上各條信號(hào)線功能分配和確切定義。電氣特性電氣特性 規(guī)定在物理連接器上傳輸二進(jìn)制比特流時(shí)線路上信號(hào)電平的高低、阻抗及阻

30、抗匹配、傳輸速率和傳輸距離限制。過(guò)程特性過(guò)程特性 規(guī)定信號(hào)之間的工作規(guī)則和時(shí)序。通信協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議鏈路層主要功能(1)對(duì)鏈路的使用進(jìn)行控制。(2)組成具有確定格式的信息幀。鏈路控制方法(1)時(shí)間分割多路送取法(2)查詢法(3)令牌法(4)載波監(jiān)聽(tīng)多路送取/沖突檢測(cè)法(5)擴(kuò)展環(huán)型法通信協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議時(shí)間分割多路送取法 時(shí)間分割多路送取法又稱TDMA(Time Division Multiplex Access)法，這種方法用于總線型網(wǎng)絡(luò)總線型網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)總線控制器總線控制器，它負(fù)責(zé)把時(shí)鐘脈沖送到網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上。每個(gè)節(jié)點(diǎn)有一個(gè)預(yù)先分配好的時(shí)間槽時(shí)間槽，在給定的時(shí)間槽里它可以發(fā)

31、送信息。在某些系統(tǒng)中，時(shí)間槽的分配不是固定不變而是動(dòng)態(tài)進(jìn)行的。盡管這種方法很簡(jiǎn)單，但它不能實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的快速送取，也不能有效地處理在短時(shí)間內(nèi)涌出的大量信息。另外，這種方法需要總線控制器。如果不采取一定的冗余措施，總線控制器的故障就會(huì)造成整個(gè)通信系統(tǒng)的癱瘓。鏈路控制方法通信協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議查詢法 查詢(Polling) 法既可用于總線型網(wǎng)絡(luò)總線型網(wǎng)絡(luò)，也可以用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。查詢法與TDMA法一樣，也要有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制器網(wǎng)絡(luò)控制器。網(wǎng)絡(luò)控制器按照一定的次序查詢網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)，看看它們是否要求發(fā)送信息。如果節(jié)點(diǎn)不需要發(fā)送信息，網(wǎng)絡(luò)控制器就轉(zhuǎn)向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。由于不發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)基本上不占用時(shí)間

32、，所以這種方法比TDMA法的通信效率高。然而，它也存在著與TDMA方法同樣的一些缺點(diǎn)：訪問(wèn)速度慢、可靠性差，等等。鏈路控制方法通信協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 令牌(Token)法用于總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。在這種協(xié)議中，令牌令牌是一個(gè)特定的信息，例如，用二進(jìn)制序列11111111來(lái)表示。令牌按照預(yù)先確定的次序，從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并且循環(huán)進(jìn)行。只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)才能發(fā)送信只有獲得令牌的節(jié)點(diǎn)才能發(fā)送信息。息。同前兩種方法相比，令牌法的最大優(yōu)點(diǎn)在于它不需要網(wǎng)絡(luò)控制器，因此可靠性比較高。這種方法的主要問(wèn)題是，某一個(gè)節(jié)點(diǎn)故障或受到干擾，會(huì)造成令牌丟失。所以必須采用一定的措施來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)令

33、牌丟失，并且及時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的令牌，以保證通信系統(tǒng)的正常工作。令牌法是IEEE802局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的送取協(xié)議之一。令牌法鏈路控制方法通信協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 又稱為CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)法。這種方法用于總線型網(wǎng)絡(luò)總線型網(wǎng)絡(luò)，它的工作原理類似一個(gè)共用電話網(wǎng)絡(luò)。打電話的人(相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn))首先聽(tīng)一聽(tīng)線路是否被其他用戶占用。如果未被占用，他就可以開(kāi)始講話，而其他用戶都處于受話狀態(tài)。他們同時(shí)收到了講話聲音，但只有與講話內(nèi)容有關(guān)的人才將信息記錄下來(lái)。如果有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)送出了信息，那么通過(guò)檢

34、測(cè)電路可以發(fā)現(xiàn)這種情況，這時(shí)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都停止發(fā)送，隨機(jī)等待一段時(shí)間后再重新發(fā)送。隨機(jī)等待的目的是使每個(gè)節(jié)點(diǎn)的等待時(shí)間能夠有所差別，以免在重發(fā)時(shí)再次發(fā)生碰撞。 載波監(jiān)聽(tīng)多路送取/沖突檢測(cè)法鏈路控制方法通信協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議 擴(kuò)展環(huán)型(Ring Expansion)法僅用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)僅用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)采用這種方法時(shí)，準(zhǔn)備發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)不斷監(jiān)視著通過(guò)它的信息流，一旦發(fā)現(xiàn)信息流通過(guò)完畢，它就把要發(fā)送的信息送上網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)把隨后進(jìn)入該節(jié)點(diǎn)的信息存入緩沖器。當(dāng)信息發(fā)送完畢之后，再把緩沖器中暫存的信息發(fā)送出去。這種方法的特點(diǎn)是允許環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息，因此提高了通信網(wǎng)絡(luò)的利用率。擴(kuò)展環(huán)型法鏈路控制方

35、法通信協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)送取控制協(xié)議網(wǎng)絡(luò)類型優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)時(shí)間分割/多路送取總線型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單通信效率低，總線控制器需要冗余查詢式總線型或環(huán)型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單比TDMA法效率高網(wǎng)絡(luò)送取分配情況可預(yù)先確定網(wǎng)絡(luò)控制器需要冗余，送取速度低令牌式總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)送取分配情況可預(yù)先確定，無(wú)網(wǎng)絡(luò)控制器 ，可以在大型總線網(wǎng)絡(luò)中使用 在丟失令牌時(shí)，必須有重發(fā)令牌的措施載波監(jiān)聽(tīng)/多路送取/沖突檢測(cè)總線型無(wú)網(wǎng)絡(luò)控制器實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單 在長(zhǎng)距離網(wǎng)絡(luò)中效率下降，網(wǎng)絡(luò)送取時(shí)間是不確定的 擴(kuò)展環(huán)型環(huán) 型無(wú)網(wǎng)絡(luò)控制器能支持多路信息同時(shí)傳輸只能用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò) 鏈路控制方法通信協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議總結(jié)：封建式民主式自由式時(shí)間分割/多路送取 查詢

36、法令牌式 載波監(jiān)聽(tīng)/多路送取/沖突檢測(cè) 擴(kuò)展環(huán)型 鏈路控制方法通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(1)路徑選擇與中繼(2)網(wǎng)絡(luò)流量控制(3)網(wǎng)絡(luò)連接建立與管理主要功能BCADGFEIJH312562810242673110434通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要處理通信網(wǎng)絡(luò)中的路徑選擇問(wèn)題。另外，它還負(fù)責(zé)子網(wǎng)之間的地址變換。已有的一些標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(例如，CCITT X.25)可以支持網(wǎng)絡(luò)層的通信，然而，由于成本很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中一般不采用具有可選所以在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中一般不采用具有可選路徑的通信網(wǎng)絡(luò)路徑的通信網(wǎng)絡(luò)。比較常用的是具有冗余的總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，在這些網(wǎng)絡(luò)中不存在通信路徑的選擇問(wèn)題，因此網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的作用只是在主通信線路故障時(shí)，讓備用通信線路繼續(xù)工作。 工業(yè)應(yīng)用通信協(xié)議傳輸層和會(huì)話層協(xié)議 在工業(yè)過(guò)程控制所用的通信系統(tǒng)中，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，常常把傳輸層和會(huì)話層協(xié)議合在一起。這兩層協(xié)議確定了這兩層協(xié)議確定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)方法和停止方法，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸所需數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?dòng)方法和停止方法，以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸所需要的其他信息要的其他信息。 在分散控制系統(tǒng)中，可以把通信系統(tǒng)的作用看成是一種數(shù)據(jù)庫(kù)更新作用，它不斷地把其他節(jié)點(diǎn)的信息傳輸?shù)叫枰@些