現(xiàn)代鐵路信號中的通信技術(shù)

通信概論授課人：李殿鋼授課班級：信號13T課時數(shù)：

52學(xué)時成績構(gòu)成：平時(40%)+期末(60%)一、教材及參考書目教材:《現(xiàn)代鐵路信號中的通信技術(shù)》主編：李開成中國鐵道出版社參考書目：《鐵路專用通信》主編：劉金虎中國鐵道出版社

《鐵路通信技術(shù)》主編：王邠中國鐵道出版社

第1—2課時1.3通信技術(shù)在鐵路信號中的應(yīng)用形式1.4鐵路信號系統(tǒng)對通信的要求重點：

鐵路信號系統(tǒng)對通信的要求難點鐵路信號系統(tǒng)中使用的通信技術(shù)第一章緒論1.3通信技術(shù)在鐵路信號中的應(yīng)用形式1、通用異步串行通信使用情況：

單個設(shè)備內(nèi)部模塊間通信

兩個設(shè)備之間近距離通信物理接口：RS—422

RS—485

RS—232C數(shù)據(jù)鏈路控制：面向字符的數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議車載平安計算機(jī)RTMTCRJRUDMIBTMRS—485RS—422RS—422RS—422RS—422RS—485RS—422RS—232CRS—485：采用差分信號負(fù)邏輯，-2V～-6V表示“0〞，+2V～+6V表示“1〞。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現(xiàn)點對點的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個結(jié)點。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個主機(jī)帶多個從機(jī)。RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性〞，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。即一個主設(shè)備〔Master〕，其余為從設(shè)備〔Salve〕，從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是10×4k+100Ω〔終接電阻〕。RS-232C：定義是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備〔DTE〕和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備〔DCE〕之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〞。是你的計算機(jī)用來與你的modem及其它串行設(shè)備交談或交換數(shù)據(jù)的接口。RS-232C采用負(fù)邏輯規(guī)定邏輯電平，-5V—-15V為邏輯“1〞電平，5V—+15V為“0〞電平。1.3通信技術(shù)在鐵路信號中的應(yīng)用形式2、現(xiàn)場總線技術(shù)使用情況：

單個設(shè)備內(nèi)部多個模塊間

多個設(shè)備之間近距離總線技術(shù)：CAN

ProfiBUS車載平安計算機(jī)JRURTMTCRDMIBTMProfiBUSMVBMVB：多功能車輛總線無線傳輸模塊軌道電路信息接收單元應(yīng)答器傳輸模塊人機(jī)界面記錄單元CANCAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)(ControllerAreaNetwork,CAN)的簡稱，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議CAN總線以報文為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，報文的優(yōu)先級結(jié)合在11位標(biāo)識符中，具有最低二進(jìn)制數(shù)的標(biāo)識符有最高的優(yōu)先級。這種優(yōu)先級一旦在系統(tǒng)設(shè)計時被確立后就不能再被更改。CAN總線特點：(1)數(shù)據(jù)通信沒有主從之分，任意一個節(jié)點可以向任何其他〔一個或多個〕節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)通信，靠各個節(jié)點信息優(yōu)先級先后順序來決定通信次序，高優(yōu)先級節(jié)點信息在134μs通信;(2)多個節(jié)點同時發(fā)起通信時，優(yōu)先級低的避讓優(yōu)先級高的，不會對通信線路造成擁塞;(3)通信距離最遠(yuǎn)可達(dá)10KM(速率低于5Kbps)速率可到達(dá)1Mbps(通信距離小于40M〕；〔4)CAN總線傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，同軸電纜。CAN總線適用于大數(shù)據(jù)量短距離通信或者長距離小數(shù)據(jù)量，實時性要求比較高，多主多從或者各個節(jié)點平等的現(xiàn)場中使用。PROFIBUSPROFIBUS現(xiàn)場總線是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線技術(shù)，主要包括最高波特率可達(dá)12M的高速總線PROFIBUS－DP〔H2〕和用于過程控制的本安型低速總線PROFIBUS-PA〔H1〕。PROFIBUS-DP擁何極高的通訊速率，最快可達(dá)12Mbit/S。采用線形、星形、環(huán)形等多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？蓪崿F(xiàn)光纖雙環(huán)冗余。PROFIBUS-DP也可以為變送器等過程儀表提供高速的通訊總線。PROFIBUS－PA應(yīng)用于過程控制領(lǐng)域，可以把測量變送器、閥門、執(zhí)行機(jī)構(gòu)用串行總線聯(lián)網(wǎng)。采用IEC61158-2的物理傳輸技術(shù)和PROFIBUS-DP的協(xié)議，通訊通率31.25Kbit/S。比較Profibus和CANProfibus的傳輸速率為96～12kbps最大傳輸距離在12kbps時為1000m，15Mbps時為400m，可用中繼器延長至10km。其傳輸介質(zhì)可以是雙絞線，也可以是光纜，最多可掛接127個站點。CAN總線其信號傳輸介質(zhì)為雙絞線，通信速率最高可達(dá)1Mbps/40m，直接傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)10km/kbps,可掛接設(shè)備最多可達(dá)110個。3、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

局域網(wǎng)：調(diào)度中心行調(diào)臺、系統(tǒng)維護(hù)臺、數(shù)據(jù)庫效勞器、通信效勞器、應(yīng)用效勞器一定范圍內(nèi)的RBC之間，RBC與操作臺和維護(hù)臺之間臨時限速：臨時限速效勞器和維護(hù)終端車站信號機(jī)械室內(nèi)的微機(jī)連鎖系統(tǒng)、CTC站機(jī)、TCC之間廣域網(wǎng)：調(diào)度中心、RBC、臨時限速管理設(shè)備、車站信號室內(nèi)設(shè)備之間1.3通信技術(shù)在鐵路信號中的應(yīng)用形式4、車——地通信技術(shù)基于應(yīng)答器的點式地對車單向傳輸方式基于軌道電路的連續(xù)式地對車單向傳輸方式基于GSM—R的連續(xù)式地——車雙向傳輸方式5、平安通信技術(shù)1.3通信技術(shù)在鐵路信號中的應(yīng)用形式1.4鐵路信號系統(tǒng)對通信的要求

實時性要求可靠性要求平安性要求優(yōu)先級要求小結(jié)與作業(yè)小結(jié)：鐵路信號中的通信技術(shù)有哪些？鐵路信號對通信的要求是什么？作業(yè)：P1042.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.2數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲攸c：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成及各局部功能難點：數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)第3—4課時第二章

數(shù)據(jù)通信

與網(wǎng)絡(luò)根底2.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)1、數(shù)據(jù)的概念數(shù)據(jù)，人們幾乎每天都要接觸到它，例如各種實驗數(shù)據(jù)、各類統(tǒng)計報表等。盡管人們經(jīng)常處理數(shù)據(jù)，但對數(shù)據(jù)還沒有統(tǒng)一的定義。通常意義上的“數(shù)據(jù)〞是指在傳輸時可用離散的數(shù)字信號逐一準(zhǔn)確地表示的，并賦予一定的意義，可以代表文字、符號和數(shù)碼等。1、數(shù)據(jù)的概念數(shù)據(jù)就是賦予一定含義的數(shù)字、字母、文字等符號及其組合，它是消息的一種表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)涉及到事物的形式，而信息涉及的是這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容。數(shù)據(jù)又分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號和數(shù)字信號表示和傳播.在數(shù)據(jù)通信中所說的“數(shù)據(jù)〞，可以認(rèn)為是預(yù)先約定的、具有某種含義的任何一個數(shù)字或一個字母〔符號〕以及它們的組合，并能被計算機(jī)所接收的形式。因此，數(shù)據(jù)就是能被計算機(jī)處理的一種信息編碼〔或消息〕形式。2.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)通信的概念簡單地說，數(shù)據(jù)通信通常是以傳送數(shù)據(jù)信息為主的通信。數(shù)據(jù)通信傳遞數(shù)據(jù)的目的不僅是為了交換，而主要是為了利用計算機(jī)能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。定義：依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)通信包含數(shù)據(jù)傳輸和傳輸前后的處理。2.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機(jī)系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。2.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE、數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備DCE以及傳輸信道三局部組成DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備,指計算機(jī)、用戶電報終端、可視圖文終端、局域網(wǎng)設(shè)備等輸入輸出設(shè)備,其主要功能是完成數(shù)據(jù)的采集、存儲及處理等功能，并提供人機(jī)接口,供操作人員訪問通信系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)資源。DCE:

數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備，是DTE和信道的接口，使信道更有利于信道的傳輸。如調(diào)制解調(diào)器Modem。傳輸信道：根據(jù)不同的規(guī)那么有不同的分類方法，例如可以分為模擬信道和數(shù)字信道、有線信道和無線信道、交換信道和專用信道等。數(shù)據(jù)電路：由DCE和傳輸信道構(gòu)成.可視為廣義信道。數(shù)據(jù)鏈路：具有通信協(xié)議功能的數(shù)據(jù)，傳輸更可靠，其誤碼率一般比數(shù)據(jù)電路下降10-4左右。1、數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE) 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備〔簡稱DTE〕。DTE可能是大、中、小型計算機(jī)、PC機(jī)，也可能是一臺只接收數(shù)據(jù)的打印機(jī)，所以說DTE屬于用戶范疇，其種類繁多，功能差異較大。I/O設(shè)備提供操作員和終端間界面，將人可以識別的數(shù)據(jù)變換成計算機(jī)可以處理的二進(jìn)制信息，或反變換；為了有效而可靠地進(jìn)行通信，通信雙方必須按一定的規(guī)程進(jìn)行，如收發(fā)雙方的同步、過失控制、傳輸鏈路的建立、維待和撤除及數(shù)據(jù)流量控制等，所以必須設(shè)置通信控制器(TC)來完成這些功能，對應(yīng)于軟件局部就是通信協(xié)議，這也是數(shù)據(jù)通信與傳統(tǒng)通信的主要區(qū)別。2、數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)

用來連接DTE與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)，可見該設(shè)備為用戶設(shè)備提供入網(wǎng)的連接點。DCE的功能就是完成數(shù)據(jù)信號的變換。因為傳輸信道可能是模擬的，也可能是數(shù)字的，DTE發(fā)出的數(shù)據(jù)信號不適合信道傳輸，所以要把數(shù)據(jù)信號變成適合信道傳輸?shù)男盘?；假設(shè)信道為模擬的，DCE是將數(shù)據(jù)信號變?yōu)槟M信號再傳；假設(shè)信道為數(shù)字的，DCE那么實現(xiàn)碼型與電平的轉(zhuǎn)換，信道特性均衡，收發(fā)同步時鐘形成，控制接續(xù)的建立、保持和拆斷，維護(hù)測試等。3、數(shù)據(jù)電路和數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)電路：是在線路或信道上加信號變換設(shè)備之后形成的二進(jìn)制比特流通路，它由傳輸信道及其兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備〔DCE〕組成。數(shù)據(jù)鏈路：包括數(shù)據(jù)電路及其兩端終端中的傳輸控制器的信號通路。數(shù)據(jù)鏈路是在數(shù)據(jù)電路已建立的根底上，通過發(fā)送方和接收方之間交換“握手〞信號，使雙方確認(rèn)前方可開始傳輸數(shù)據(jù)的兩個或兩個以上的終端裝置與互連線路的組合體；數(shù)據(jù)鏈路包括物理鏈路和實現(xiàn)鏈路協(xié)議的硬件和軟件；只有建立了數(shù)據(jù)鏈路之后，雙方DTE才可真正有效的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)鏈路僅僅操作于相鄰的兩個節(jié)點之間，因此從一個DTE到另一個DTE之間的連接可以操作多段數(shù)據(jù)鏈路。4、中央計算機(jī)系統(tǒng)(CCS)

中央計算機(jī)系統(tǒng)由通信控制器CCP(或稱前置處理機(jī))、主機(jī)及其外圍設(shè)備組成,具有處理從數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸入的數(shù)據(jù)信息,并將處理結(jié)果向相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出的功能。CCP通信控制器(或前置處理機(jī))是數(shù)據(jù)電路和計算機(jī)系統(tǒng)的接口,控制與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接的全部通信信道,接收遠(yuǎn)程DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)信號,并向遠(yuǎn)程DTE發(fā)送數(shù)據(jù)信號；中央處理機(jī)是由中央處理單元(CPU)、主存儲器、輸入輸出設(shè)備以及其他外圍設(shè)備組成，其主要功能是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。3、數(shù)據(jù)通信分類與指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)并行傳輸與串行傳輸1、并行傳輸

并行傳輸是指將數(shù)據(jù)符號編碼后，在兩條以上的并行信道上同時傳輸，一般一次傳輸一個字符；如：采用8單位代碼組成的字符時，可以用8條信道并行傳輸。特點：〔1〕優(yōu)點：對于每次只傳輸一個字符，因此它不需要額外的措施來實現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步；〔2〕缺點：必須有多條并行信道，本錢比較高，不適宜遠(yuǎn)距離傳輸。適用場合： 計算機(jī)等設(shè)備內(nèi)部或兩個設(shè)備之間距離比較近時的外線上采用，如計算機(jī)到打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。2、串行傳輸 串行傳輸是指將數(shù)據(jù)編碼按位或按碼元依次在一條信道上傳輸。特點：〔1〕優(yōu)點：只需要一條傳輸信道，花費的本錢低，易于實現(xiàn)〔2〕缺點：是要采取措施實現(xiàn)字符同步。適用場合： 是目前外線上主要采用的一種傳輸方式，通常用于遠(yuǎn)距離通信。返回異步傳輸與同步傳輸1、異步傳輸 所謂異步傳輸是指只要DTE有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，就可以在任何時刻向信道發(fā)送信號，而接收方通過檢測信道上的電平變化與否就能自主判斷何時接收數(shù)據(jù)。異步傳輸方式一般以字符為單位傳輸，每個字符的起始時刻可以是任意的。

每次只傳送由假設(shè)干bit組成的一個字符的代碼在每次發(fā)送的一個字符代碼前面，都要加一個“起始〞信號，“起始〞信號極性規(guī)定為“0〞，長度為一個碼元該字符代碼的后面，都要加一個“停止〞信號，“停止〞信號的極性為“1〞，長度有兩種：國際電報2號碼的“停止〞信號長度為1.5個碼元，國際5號碼或其他代碼的“停止〞信號長度為1或2個碼元特點：〔1〕優(yōu)點：收發(fā)雙方的時鐘信號不需要精確的同步，實現(xiàn)字符之間同步比較簡單〔2〕缺點：對于每個字符都需要參加起始位和終止位，因此信息傳輸效率低適用場合： 常用于1200比特/s及其以下的低速數(shù)據(jù)傳輸2、同步傳輸

所謂同步傳輸必須建立準(zhǔn)確的同步系統(tǒng)，因此它都是以固定的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的，所以在一個串行數(shù)據(jù)流中，各信號碼元之間的相對位置是固定的，也就是同步。同步系統(tǒng)首先要建立準(zhǔn)確的位同步，假設(shè)以該方式傳輸時，數(shù)據(jù)一般以幀的形式組織，故還必須建立幀同步，假設(shè)是頻帶傳輸且收端需要相干接受，還需建立載波同步。特點：〔1〕優(yōu)點：不需要每字節(jié)都加同步信息，故傳輸效率較高〔2〕缺點：必須建立準(zhǔn)確的時鐘同步，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜適用場合： 常用于2400bit/s及其以上的高速數(shù)據(jù)傳輸返回按數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧飨蚝蜁r間的關(guān)系單工傳輸方式特點：兩個數(shù)據(jù)站之間只能沿一個指定的方向進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。此種方式適用于數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，如氣象數(shù)據(jù)的收集、費的集中計算等。半雙工傳輸方式特點：兩個數(shù)據(jù)之間可以在兩個方向上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但不能同時進(jìn)行。問訊、檢索、科學(xué)計算等數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)運用半雙工數(shù)據(jù)傳輸。全雙工傳輸方式特點：在兩個數(shù)據(jù)站之間，可以兩個方向同時進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。全雙工通信效率高，但組成系統(tǒng)的造價高，適用于計算機(jī)之間高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。1、有效性：衡量系統(tǒng)傳輸能力的主要指標(biāo) 碼元傳輸速率(RB) 又稱為波形速率、調(diào)制速率、符號速率等。定義：線路中每秒傳送波形〔碼元〕的數(shù)目；單位：波特(Baud)，與數(shù)據(jù)信號的進(jìn)制數(shù)沒有關(guān)系，只于碼元的寬度(或波形時間長度)T有關(guān)系：B=1/T。 數(shù)據(jù)信息速率(Rb) 又稱為比特率、傳信率等。定義：單位時間內(nèi)傳輸二進(jìn)制代碼有效位數(shù)；單位：bit/s或bps與M進(jìn)制的碼元傳輸速率的關(guān)系：性能指標(biāo)1、有效性：衡量系統(tǒng)傳輸能力的主要指標(biāo)例：采用四相調(diào)制方式,即M=4,且T=833×10-6秒,那么可求出數(shù)據(jù)傳輸速率為: Rb=1/T·log2M=1/(833×10-6)·log24=2400

(bps) 而調(diào)制速率為： RB=1/T=1/(833×10-6)=1200

(Baud) 通過上例可見,雖然數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率都是描述通信速度的指標(biāo),但它們是完全不同的兩個概念。性能指標(biāo)頻帶利用率 頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)實現(xiàn)的傳輸速率，單位為Baud/Hz，或者bit/s.Hz，這主要取決于用哪種速率來計算?！矄挝粸锽aud/Hz〕

〔單位為bit/s.Hz〕 其中，B為系統(tǒng)帶寬，單位為Hz。返回2、可靠性：衡量系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的主要指標(biāo) 誤碼率(Pe) 定義：過失碼元所占總數(shù)的比例(平均值)；指標(biāo)：對于同一條數(shù)據(jù)電路由于測量的時間長短不同，誤碼率就不一樣。在日常維護(hù)中，ITU-T規(guī)定測試時間。數(shù)據(jù)傳輸誤碼率一般都低于10-6。 誤信率(Pb)定義：過失的比特數(shù)占總數(shù)的比例(平均值)；性能指標(biāo)例：某數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)調(diào)制速率為1200Bd，采用8電平傳輸，假設(shè)100秒誤了1個比特，求誤信率。設(shè)系統(tǒng)的帶寬為600Hz，求頻帶利用率為多少bit/〔s.Hz〕。解：由于各個碼元出現(xiàn)的概率相同，那么信息速率Rb=RBlog2M=1200×log28=3600bit/s 誤比特率Pb＝接收出現(xiàn)過失的比特數(shù)軍/總的發(fā)送比特數(shù)＝(1/100)/3600=2.8×10－6 頻帶利用率r=Rb/B=3600/600＝6bit/(s.Hz)

返回4、數(shù)據(jù)通信的特點〔1〕計算機(jī)終端等機(jī)器作為主體直接參與通信〔2〕傳輸速率高，要求通信終端的響應(yīng)速度快〔3〕DTE發(fā)出的數(shù)據(jù)是離散信號〔數(shù)字信號〕，既可利用現(xiàn)有的PSTN，又可利用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)來完成?！?〕具有過失控制能力〔5〕具有靈活的接口能力〔6〕每次呼叫平均時間短，要求接續(xù)和傳輸響應(yīng)時間快〔7〕抗干擾能力強(qiáng)〔8〕容易加密，且加密技術(shù)、加密手段優(yōu)于傳統(tǒng)通信方式5、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)功能和分類數(shù)據(jù)通信網(wǎng)定義：分布在各處的數(shù)據(jù)終端、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)字交換設(shè)備和數(shù)字通信信道構(gòu)成的系統(tǒng)。功能：數(shù)據(jù)傳輸提供資源共享提供系統(tǒng)的可靠性2.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分類：區(qū)域范圍：局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：環(huán)型、星型、總線型、混合型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)：TCP/IPISO/OSIDCEnetIPXX.25等2.1數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)二、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)分類 根據(jù)傳輸線路是否直接與中央計算機(jī)系統(tǒng)相連接,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可分為脫機(jī)系統(tǒng)和聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。由于脫機(jī)系統(tǒng)的自動化程度低、等待時間長、工作效率低等原因,故它只是數(shù)據(jù)通信開展初期用于非實時處理的一種系統(tǒng),以后的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)幾乎都是聯(lián)機(jī)系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)根據(jù)處理形式的不同,可以分為聯(lián)機(jī)實時系統(tǒng)、遠(yuǎn)程批量處理系統(tǒng)和分時處理系統(tǒng)三類。

聯(lián)機(jī)實時系統(tǒng)：指從終端輸入的數(shù)據(jù),在中央計算機(jī)上立即進(jìn)行處理,并將處理結(jié)果直接送回終端設(shè)備的處理形式。它適用于要求能夠迅速地處理隨機(jī)發(fā)生的大量數(shù)據(jù)的場合。如訂票系統(tǒng)。

遠(yuǎn)程批量處理系統(tǒng)：遠(yuǎn)程批量處理系統(tǒng)是從遠(yuǎn)程終端向中央計算機(jī)投入作業(yè),獲得處理結(jié)果。為了提高效率,批量處理的作業(yè)可通過批量作業(yè)站送到中央計算機(jī)。

分時處理系統(tǒng)：將中央計算機(jī)的時間劃分成很短的時間片,遠(yuǎn)程終端按時間片輪流使用中央計算機(jī)的處理形式。

2.2

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與計算機(jī)網(wǎng)的關(guān)系：計算機(jī)網(wǎng)屬于面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)屬于面向通信的網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是為面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)提供通信資源的根底設(shè)施；計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正是建立在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)根底上的應(yīng)用型網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通信實例下面為通過網(wǎng)來實現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)的一個數(shù)據(jù)通信實例：ModemModem正文正文數(shù)字比特流模擬信號ATLATLA/DD/A下面是一個多用戶計算機(jī)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)數(shù)據(jù)通信：課后習(xí)題1、什么是數(shù)據(jù)通信？什么是數(shù)字通信？如何區(qū)分它們？2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由哪幾局部組成，畫出其模型圖。3、在1200bit/s的線上，經(jīng)測試，在兩個小時內(nèi)共有54bit誤碼信息，問系統(tǒng)誤信率是多少？4、在串行傳輸中，數(shù)據(jù)波形的時間長度T＝833×10-6s。試求當(dāng)采用二進(jìn)制和十六進(jìn)制時，數(shù)據(jù)信號的碼元速率和信息速率各為多少？5、什么是數(shù)據(jù)電路？什么是數(shù)據(jù)鏈路？2.3

傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是通信中實際傳送信息的載體。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的物理傳輸可分為有線和無線兩大類。雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種有線媒體。衛(wèi)星、無線電通信、紅外通信、激光通信以及微波通信傳送信息的載體都是屬于無線媒體。1、雙絞線 定義：將一對絕緣線紐絞在一起，任意擰成螺旋形就構(gòu)成了雙絞線。構(gòu)造：雙絞線線對絞合越緊密和均勻，雙絞線的質(zhì)量越好。特性：雙絞線的優(yōu)點是價格廉價、使用方便、安裝容易。因此常作為用戶與本地中心站及中心站與中心站間的連線。分類：雙絞線根據(jù)有無屏蔽層可以分為：非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。2、同軸電纜 定義：同軸電纜是對地不對稱的同軸管構(gòu)成的一種通信回路。構(gòu)造：其內(nèi)導(dǎo)體是一銅質(zhì)芯線，外面包有絕緣層和網(wǎng)狀編織物的外導(dǎo)體屏蔽層，最外面是塑料保護(hù)外層。特性：壽命長、通信容量大、質(zhì)量穩(wěn)定、外界干擾小、可靠性高和維護(hù)便利等優(yōu)點。在有限通信中占有很大比重。在局域網(wǎng)中應(yīng)用非常廣泛。分類：按其阻抗特性來分主要有三大類，即50Ω、75Ω、93Ω。3、光纖 定義：光纖又稱光導(dǎo)纖維，通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲狀，是一根很細(xì)很細(xì)的、能傳導(dǎo)光束的介質(zhì)。構(gòu)造：和同軸電纜相似，但沒有網(wǎng)狀屏蔽層。中心是玻璃纖芯，芯外面包圍著一層玻璃封套，又叫包層，再外面是一層薄的塑料外殼，用來保護(hù)玻璃封套。 分類：目前廣泛應(yīng)用的光纖分為兩大類，單模光纖和多模光纖。 單模：細(xì)芯，要有激光源；端難接；色散小，效率高；價格昂貴；適于長距離與高速場合。

多模：粗芯；端接容易；色散大，效率低；價格較廉價；用于短距離與低速場合。

光纖的物理原理：塑料制成的外殼可以吸收光線，防止串音，保護(hù)外層外表；透明玻璃制成的纖芯和包層可使光線沿著纖芯傳播，并在它們之間的接觸面上進(jìn)行光的反射；纖芯的折射率要高于包層，以保證光線在纖芯中傳輸時比在包層中慢，這樣就使從纖芯向包層傳送的光波能被反射回纖芯，并沿光纖傳播。 光纖的傳輸原理：利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖來完成通信。光源被放置在發(fā)送端，如采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，并使之在電脈沖的作用下產(chǎn)生光脈沖，有光脈沖相當(dāng)于“1〞，無光脈沖相當(dāng)于“0〞，在接收端利用光電二極管制成光檢測器，在檢測到光脈沖時便可復(fù)原出電脈沖。返回?zé)o線信道1．?dāng)?shù)字微波中繼信道〔1〕數(shù)字微波中繼信道組成 數(shù)字微波中繼信道是指工作頻率在0.3～300GHz、電波根本上沿視線傳播、傳輸距離依靠接力方式延伸的數(shù)字信道。數(shù)字微波中繼信道由兩個終端站和假設(shè)干個中繼站組成，如以下圖所示。圖1-21數(shù)字微波中繼信道組成〔2〕數(shù)字微波中繼信道的特點 數(shù)字微波中繼信道與其他信道比較，具有以下特點。 ①微波頻帶較寬，是長波、中波、短波、超短波等幾個頻段帶寬總和的1000倍。 ②微波在視距內(nèi)沿直線傳播，在傳播路徑上不能有障礙物遮擋。③微波中繼信道比較容易通過有線信道難以通過的地區(qū)，如湖泊、高山和河流等地區(qū)。④與光纖等有線信道相比，微波中繼信道的保密性較差。⑤微波信號不受天電干擾、工業(yè)干擾及太陽黑子變化的影響，但是受大氣效應(yīng)和地面效應(yīng)的影響。無線信道2．?dāng)?shù)字衛(wèi)星傳輸信道〔1〕數(shù)字衛(wèi)星信道的組成 數(shù)字衛(wèi)星信道由兩個地球站和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成，地球站相當(dāng)于數(shù)字微波中繼信道中的終端站，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器相當(dāng)于數(shù)字微波中繼信道的中繼站?！?〕數(shù)字衛(wèi)星信道的特點數(shù)字衛(wèi)星信道與其他信道相比，具有如下特點。 ①覆蓋面積大，通信距離遠(yuǎn)，且通信距離與本錢無關(guān)。 ②頻帶寬，傳輸容量大，適用于多種業(yè)務(wù)傳輸。 ③信道特性比較穩(wěn)定。④

信號傳播時延大，由于衛(wèi)星距離地面較遠(yuǎn)，所以微波從一個地球站到另一地球站的傳播時間較長，約270ms。⑤

受周期性的多卜勒效應(yīng)的影響，造成數(shù)字信號的抖動和飄移。⑥

數(shù)字衛(wèi)星信道屬于無線信道，當(dāng)傳輸保密信息時，需采取加密措施。

電路交換電路交換的工作原理1．背景2．工作原理 采用電路交換方式的交換網(wǎng)能為任一個入網(wǎng)的數(shù)據(jù)流提供一條臨時的專用物理通路。它是由通路上各節(jié)點內(nèi)部在空間上〔布線連接，即空間交換〕或在時間上〔時隙互換〕完成信道轉(zhuǎn)接而構(gòu)成的，為源DTE和宿D(zhuǎn)TE之間建立起的一條直通線路。〔1〕線路建立階段 在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，都必須建立端到端〔或站到站〕的線路?！?〕數(shù)據(jù)傳送階段 A站與B站的一對通信實體在鏈路傳輸規(guī)程的控制下，完成鏈路的連接，隨之進(jìn)行單工、半雙工和全雙工數(shù)據(jù)傳輸?！?〕線路撤除階段 數(shù)據(jù)傳輸完后，由任一站主動向交換網(wǎng)發(fā)出“拆線請求〞信令，該信令沿著通路各節(jié)點傳送，使這些節(jié)點撤除各段鏈路，以釋放信道資源。這個拆線過程只是交換網(wǎng)的內(nèi)部過程，一般與通信雙方的站設(shè)備無關(guān)。電路交換的特點及其應(yīng)用1．電路交換的特點〔1〕優(yōu)點 信息傳輸延遲時間小〔對于一次連接來說，傳輸延遲是固定不變的〕。 交換機(jī)對用戶的數(shù)據(jù)信息不進(jìn)行存儲、分析和處理，交換機(jī)在處理方面的開銷小，對用戶的數(shù)據(jù)信息不需要附加許多用于控制的信息，傳輸效率高。 信息的編碼方法和信息格式不受限制，即可在用戶間提供“透明〞的傳輸。〔2〕缺點 電路接續(xù)時間較長，短報文通信效率低。 電路資源被通信雙方占用，電路利用率低。 通信雙方在信息傳輸速率、編碼格式、同步方式、通信規(guī)程等方面應(yīng)完全兼容，這就限制了各種不同速率、不同代碼格式、不同通信規(guī)程的用戶終端之間互通。 有呼損。 傳輸質(zhì)量較多地依賴于線路的性能，因而過失率較高。2．電路交換的應(yīng)用3．電路交換方式的改進(jìn)2.4.2

報文交換報文交換的工作原理 由于電路交換的資源利用率低，不同類型的用戶間不能直接互通，靈活性差，所以，又開展了報文交換，也稱為信息交換方式〔或文電交換方式〕。 報文交換的根本思想就是“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)〞。假定用戶甲有報文A，B和C要發(fā)往乙用戶時，甲用戶不需要先接通乙用戶之間的電路，而是先與連接甲的一中間節(jié)點接通，將報文A，B和C先存儲下來；然后，分析報文提供的乙地址信息，根據(jù)地址信息接通下一個中間節(jié)點后，將報文A，B和C轉(zhuǎn)發(fā)出去；如此進(jìn)行下去直到將數(shù)據(jù)報文A，B和C發(fā)往乙用戶。報文交換的優(yōu)缺點1．優(yōu)點 報文交換的主要特征是交換機(jī)存儲整個報文，并進(jìn)行必要的處理。因此，報文交換的主要優(yōu)點如下。

報文以存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式通過交換機(jī)，輸入輸出電路的速率、代碼格式可以不同，很容易實現(xiàn)各種不同類型用戶間的相互通信。

報文交換中沒有電路接續(xù)過程，來自不同用戶的報文可以在同一線路上以報文為單位實現(xiàn)時分多路復(fù)用，線路的利用率大大提高。

用戶不需要叫通對方就可以發(fā)送報文，沒有呼損，并可以節(jié)省通信終端操作人員的時間。同一報文可由交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到許多不同的收信地點。2．缺點 報文交換有以下主要缺點。 報文通過交換機(jī)的時延大，且時延抖動也大，不利于實時通信。 交換機(jī)要有能力存儲轉(zhuǎn)發(fā)用戶發(fā)送的報文，其中有的報文可能很長，這就要求交換機(jī)要有高速處理能力和大的存儲空間。因此，報文交換機(jī)的設(shè)備比較龐大，費用高。

報文交換不適于實時交換數(shù)據(jù)的場合。 報文交換的上述優(yōu)缺點使其主要適用于公眾電報和電子信箱業(yè)務(wù)。

分組交換分組交換概述1．分組交換產(chǎn)生的背景 雖然分組交換目前廣泛地應(yīng)用于計算機(jī)通信，但有趣的是，這個技術(shù)起源是一個話音通信系統(tǒng)的研制方案。2．分組交換的概念 CCITT曾給分組交換的含義作了如下的表達(dá)： “在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行交換的是這樣一個組合實體——一組包含著數(shù)據(jù)和呼叫控制信息〔如地址〕的二進(jìn)制數(shù)，這些數(shù)據(jù)、呼叫控制信息以及可能附加的過失控制信息都按規(guī)定的格式排列。〞 分組交換是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，按照分組交換方式，每個數(shù)據(jù)報文被分割成分組〔數(shù)據(jù)塊〕，然后，附上控制信息被打包成一個個數(shù)據(jù)包〔Packet〕。分組交換原理1．分組長度 數(shù)據(jù)以短的分組傳輸，一般分組長度上限為幾十到一千字節(jié)。實際所用的長度還受許多因素的限制。2．分組交換發(fā)送數(shù)據(jù)信息的過程分組交換的優(yōu)缺點 分組交換主要以報文分組為傳輸單位，以存儲/轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳輸。1．主要優(yōu)點

向用戶提供不同速率、不同代碼、不同同步方式以及不同通信控制協(xié)議的數(shù)據(jù)終端間能夠相互通信的靈活的通信環(huán)境。

在網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷較輕的情況下，信息傳輸時延較小，而且變化范圍不大，能夠較好地滿足會話型通信的實時性要求。實現(xiàn)線路的動態(tài)時分復(fù)用，通信線路〔包括中繼線和用戶線〕的利用率高。在一條物理線路上可以同時提供多條信息通路?？煽扛?。每個分組在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時可以在中繼線和用戶線上分段獨立地進(jìn)行過失校驗，使信息在分組交換網(wǎng)中傳輸?shù)恼`碼率大大降低，一般可達(dá)10?9以下。由于“報文分組〞在分組交換網(wǎng)中的傳輸路由是可變的，當(dāng)網(wǎng)中的線路或設(shè)備發(fā)生故障時，“分組〞可以自動地選擇一條新的路由避開故障點，使通信不會中斷。經(jīng)濟(jì)性好。信息以“分組〞為單位在交換機(jī)中存儲和處理，不要求交換機(jī)具有很大的存儲容量〔通常分組交換機(jī)只設(shè)內(nèi)存，沒有硬盤〕，降低了網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的費用。對線路的統(tǒng)計復(fù)用也大大降低了用戶的通信費用。分組交換網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)和管理中心〔NMC〕對網(wǎng)內(nèi)設(shè)備實行比較集中的控制和維護(hù)，節(jié)省管理費用。能與公用網(wǎng)、用戶電報網(wǎng)和低速數(shù)據(jù)網(wǎng)及其他專用網(wǎng)互連。2．主要缺點 由網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息多，對長報文通信的傳輸效率比較低。當(dāng)把一份報文劃分為許多分組在交換網(wǎng)內(nèi)傳輸時，為了保證這些分組能夠按照正確的路徑平安準(zhǔn)確地到達(dá)終點，就要給每個數(shù)據(jù)分組加上控制信息〔分組頭〕。除此之外，還要設(shè)計許多不包含數(shù)據(jù)信息的控制分組，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通路的建立、保持和撤除，并進(jìn)行過失控制和流量控制等。因此，分組交換的傳輸效率不如電路交換和報文交換高。 技術(shù)實現(xiàn)復(fù)雜。分組交換機(jī)要對各種類型的“分組〞進(jìn)行分析處理，為“分組〞在網(wǎng)中的傳輸提供路由，并且在必要時自動進(jìn)行路由調(diào)整；交換機(jī)還要為用戶提供速率、代碼和規(guī)程的變換，為網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)提供必要的報告信息等。這些都要求分組交換機(jī)要有很高的處理能力，因而，相應(yīng)的實現(xiàn)技術(shù)也就更為復(fù)雜。數(shù)據(jù)報方式的分組交換1．?dāng)?shù)據(jù)報的工作原理 數(shù)據(jù)報非常類似于報文交換，交換網(wǎng)把對進(jìn)網(wǎng)的任一分組都當(dāng)作單獨的“小報文〞來處理，而不管它是屬于哪個報文的分組，就像在報文交換方式中把一份報文進(jìn)行單獨處理一樣，現(xiàn)用圖來說明。圖數(shù)據(jù)報方式的分組交換2．?dāng)?shù)據(jù)報方式的特點 用戶之間的通信不需要經(jīng)歷呼叫建立和呼叫去除階段，對于短報文通信傳輸效率較高。 數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)臅r延較大。 對網(wǎng)絡(luò)擁塞或故障的適應(yīng)能力較強(qiáng)。如在網(wǎng)絡(luò)的一局部形成擁塞或某個節(jié)點出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)報可以繞開那個擁塞的局部和某個故障節(jié)點另找路由。 現(xiàn)今的Internet網(wǎng)絡(luò)就是以數(shù)據(jù)報方式進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)信息的。虛電路方式的分組交換1．根本概念〔1〕虛電路 虛電路〔VirtualCircuit〕是以分組的統(tǒng)計多路復(fù)用為根底的，采用虛電路效勞可以有效地利用線路資源。所謂虛電路就是網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一對數(shù)據(jù)終端〔DTE〕之間的邏輯連接，允許數(shù)據(jù)同時雙向傳輸，而且通過邏輯連接的全部數(shù)據(jù)傳輸均采用分組形式。〔2〕邏輯信道 為了區(qū)分一條線路上不同終端的分組，對分組進(jìn)行編號，即每個分組的分組頭上的一個邏輯信道號〔LCN〕，用來標(biāo)識該分組應(yīng)在哪一條虛電路上傳輸?！?〕虛呼叫 它是一個臨時的或交換的虛電路，它必須在進(jìn)行信息傳送之前通過交換分組來建立。2．虛電路的建立 根據(jù)分組交換方式的虛電路和分組復(fù)用的概念，即在一條物理的線路上能夠傳輸多對用戶終端之間的數(shù)據(jù)，而虛電路的實現(xiàn)借用了邏輯信道標(biāo)識。3．虛電路的特點 在數(shù)據(jù)傳送之前建立站與站之間的一條路徑，但并不像電路交換有一條專用的線路。4．虛電路實現(xiàn)方法 目前，虛電路有兩種方法實現(xiàn)：交換虛電路〔SVC〕和永久虛電路〔PVC〕?！?〕SVC 在交換虛電路〔SVC〕方法中，每條虛電路在需要的時候被創(chuàng)立，而且僅僅在此次通信交換的過程中存在?！?〕PVC 永久虛電路〔PVC〕類似于租用線路，在這種方法中，兩個用戶之間存在一條專門的虛電路，此虛電路是專門提供給特定用戶的。分組交換網(wǎng)的應(yīng)用 分組交換網(wǎng)主要應(yīng)用在以下幾個方面。 ①分組交換在商業(yè)中的應(yīng)用。 ②組建虛擬專用網(wǎng)〔VPN〕。 ③進(jìn)行實時業(yè)務(wù)處理。④數(shù)據(jù)庫查詢，開展信息效勞。⑤分組交換網(wǎng)絡(luò)接入其他數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。⑥分組交換還可以實現(xiàn)電子數(shù)據(jù)交換〔EDI〕、可視圖文、存儲系統(tǒng)、等增值業(yè)務(wù)。⑦與其他分組交換網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)。幾種交換方式的比較 為了更為全面地理解各種交換方式的特點，可以從不同角度的多個側(cè)面去觀察和分析比較它們各自的特性，采用列表形式一目了然。數(shù)據(jù)交換中的連接和無連接面向連接效勞和面向無連接效勞 在計算機(jī)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)中，協(xié)議中的層與層之間是完全獨立而且是單向依賴的，即相鄰層之間通過接口使用效勞原語建立通信；下層是上層的效勞提供者，通過使用原語操作提供效勞，上層是效勞調(diào)用者。1．面向連接效勞 面向連接效勞實際上是對系統(tǒng)效勞模式的一種抽象。對于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)交換，從協(xié)議的角度看，兩個實體之間要建立邏輯上的聯(lián)系，或者說是連接。 面向連接的主要特點就是收發(fā)數(shù)據(jù)不但順序一致，而且內(nèi)容也相同。2．面向無連接效勞 面向無連接效勞實際上是對郵政系統(tǒng)效勞的一種抽象。在面向無連接的數(shù)據(jù)傳輸過程中，其中每個分組頭攜帶完整的信宿地址，各數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中獨立傳送。面向連接的方式1．物理連接 它是一種實際的物理連線。2．虛電路連接 虛電路連接主要是通過一組表格〔路由表〕、隊列緩沖區(qū)和相應(yīng)軟件實現(xiàn)的，但必須建立在硬件根底上。3．純軟件實現(xiàn)的虛擬連接 從協(xié)議的角度，這種連接就是一種層次交換，它是虛擬的、形式上的連接，純粹由相應(yīng)的協(xié)議軟件實現(xiàn)的，跟下層無任何關(guān)系。2.5數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)組成 計算機(jī)網(wǎng)通常分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩局部如以下圖所示資源子網(wǎng)由計算機(jī)系統(tǒng)、終端、各種外圍設(shè)備以及各種信息資源庫等組成，其作用是處理網(wǎng)內(nèi)各種數(shù)據(jù)并向用戶提供網(wǎng)絡(luò)效勞。通信子網(wǎng)由通信控制處理機(jī)、通信線路等組成，主要完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸與交換等通信處理功能。1、面向終端的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)TMMTPSTNCPU通信控制器TPSTN：PublicSwitchedTelephoneNetworkModem(調(diào)制解調(diào)器)：數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備串行接口〔1〕通信控制器的功能 多個終端同時要求與主機(jī)通信時的爭用問題 串行信號與并行信號的轉(zhuǎn)換 控制Modem 過失檢測與控制〔2〕特點 單機(jī)系統(tǒng) 速率慢 主機(jī)系統(tǒng)負(fù)荷過重 線路利用率低2、兩級結(jié)構(gòu)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)IMPIMPIMPIMPIMP通信子網(wǎng)HHHHHHHHHHHHH邏輯上形成了由資源與通信子網(wǎng)組成的兩級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)56.6kbps〔1〕通信子網(wǎng) 由56kbps的通信線路把分散在不同地點的通信處理機(jī)(IMP)連接起來構(gòu)成的。 傳輸線+轉(zhuǎn)發(fā)部件 負(fù)責(zé)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信工作?！?〕資源子網(wǎng)

由主機(jī)系統(tǒng)的軟硬件、數(shù)據(jù)庫等各種資源組成。 承接各種數(shù)據(jù)收集、查詢及處理業(yè)務(wù)?！?〕優(yōu)點 提高通信線路的利用率 充分發(fā)揮主機(jī)系統(tǒng)的效率 減少傳輸線數(shù)目 便于擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)LAN與WAN的結(jié)合3、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)LANLANLANLAN的擴(kuò)展WANWANWAN的擴(kuò)展WANLANLANLANLAN返回三、OSI網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321書本-P19ISO/OSI參考模型及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對于一個計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)來說，接到網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備是各種各樣的，這就需要建立一系列有關(guān)信息傳遞的控制、管理和轉(zhuǎn)換的手段和方法，并要遵守彼此公認(rèn)的一些規(guī)那么，這就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的概念。這些協(xié)議在功能上應(yīng)該是有層次的。為了便于實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO提出了開放系統(tǒng)互連(OpenSystemInterconnection,OSI)參考模型，簡稱ISO/OSI模型。ISO/OSI參考模型及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ISO/OSI參考模型及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議ISO/OSI模型將各種協(xié)議分為七層，自下而上依次為：物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層和應(yīng)用層，如上圖所示。各層協(xié)議的主要作用如下：(1)物理層。物理層協(xié)議規(guī)定了通信介質(zhì)、驅(qū)動電路和接收電路之間接口的電氣特性和機(jī)械特性。(2)鏈路層。通信鏈路是由許多節(jié)點共享的。ISO/OSI參考模型及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(3)網(wǎng)絡(luò)層。在一個通信網(wǎng)絡(luò)中，兩個節(jié)點之間可能存在多條通信路徑。網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的主要功能就是處理信息的傳輸路徑問題。(4)傳輸層。傳輸層協(xié)議的功能是確認(rèn)兩個節(jié)點之間的信息傳輸任務(wù)是否已經(jīng)正確完成。(5)會話層。這層協(xié)議用來對兩個節(jié)點之間的通信任務(wù)進(jìn)行啟動和停止調(diào)度。ISO/OSI參考模型及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(6)表示層。這層協(xié)議的任務(wù)是進(jìn)行信息格式的轉(zhuǎn)換，它把通信系統(tǒng)所用的信息格式轉(zhuǎn)換成它上一層，也就是應(yīng)用層所需的信息格式。(7)應(yīng)用層。嚴(yán)格說，這一層不是通信協(xié)議結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容，而是應(yīng)用軟件或固件中一局部內(nèi)容。它的作用是召喚低層協(xié)議為其效勞。以太網(wǎng)〔物理層、數(shù)據(jù)鏈路層〕協(xié)議的功能和特點1.物理層協(xié)議物理層協(xié)議涉及通信系統(tǒng)的驅(qū)動電路、接收電路與通信介質(zhì)之間的接口問題。物理層協(xié)議包括以下內(nèi)容。(1)接插件的類型以及插針的數(shù)量和功能。(2)數(shù)字信號在通信介質(zhì)上的編碼方式，如電平的上下和0、1的表達(dá)方法。(3)確定與鏈路控制有關(guān)的硬件功能，如定義信號交換控制線或者忙測試線等。物理層協(xié)議的功能是與所選擇的通信介質(zhì)〔雙絞線、光纜〕以及信道結(jié)構(gòu)〔串行、并行〕密切相關(guān)。2.鏈路層協(xié)議鏈路層協(xié)議主要完成兩個功能：一個是對鏈路的使用進(jìn)行控制，一個是組成具有確定格式的信息幀。由于通信網(wǎng)絡(luò)是由通信介質(zhì)和與其連接的多個節(jié)點組成的，所以鏈路層協(xié)議必須提出一種決定如何使用鏈路的規(guī)那么。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)從通信參考模型的角度可分為幾個層次：在物理層使用中繼器(Repeater)，通過復(fù)制位信號延伸網(wǎng)段長度；在數(shù)據(jù)鏈路層使用網(wǎng)橋(Bridge)，在局域網(wǎng)之間存儲或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀；在網(wǎng)絡(luò)層使用路由器(Router)在不同網(wǎng)絡(luò)間存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組信號；在傳輸層及傳輸層以上，使用網(wǎng)關(guān)(Gateway)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，提供更高層次的接口。因此中繼器、網(wǎng)橋、路由器和網(wǎng)關(guān)是不同層次的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備1.中繼器中繼器(Repeater)又稱重發(fā)器。由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間存在一定的傳輸距離，網(wǎng)絡(luò)中攜帶信息的信號在通過一個固定長度的距離后，會因衰減或噪聲干擾而影響數(shù)據(jù)的完整性，影響接收節(jié)點正確的接收和識別，因而經(jīng)常需要運用中繼器。中繼器接受一個線路中的報文信號，將其進(jìn)行整形放大、重新復(fù)制，并將新生成的復(fù)制信號轉(zhuǎn)發(fā)至下一網(wǎng)段或轉(zhuǎn)發(fā)到其他介質(zhì)段。這個新生成的信號將具有良好的波形。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備2.網(wǎng)橋網(wǎng)橋是存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，用來連接同一類型的局域網(wǎng)。網(wǎng)橋?qū)?shù)據(jù)幀送到數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行過失校驗，再送到物理層，通過物理傳輸介質(zhì)送到另一個子網(wǎng)或網(wǎng)段。它具備尋址與路徑選擇的功能，在接收到幀之后，要決定正確的路徑將幀送到相應(yīng)的目的站點。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備3.路由器路由器工作在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層。它比中繼器和網(wǎng)橋更加復(fù)雜。在路由器所包含的地址之間，可能存在假設(shè)干路徑，路由器可以為某次特定的傳輸選擇一條最好的路徑。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備4.網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)又被稱為網(wǎng)間協(xié)議變換器，用以實現(xiàn)不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)之間、包括使用不同網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)。由于它在技術(shù)上與它所連接的兩個網(wǎng)絡(luò)的具體協(xié)議有關(guān)，因而用于不同網(wǎng)絡(luò)間轉(zhuǎn)換連接的網(wǎng)關(guān)是不相同的。作業(yè)：1、試畫出OSI系統(tǒng)7層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)第三章

現(xiàn)場通信技術(shù)現(xiàn)場總線技術(shù)要求：1、抗電磁干擾能力2、實時性3、容錯性4、開發(fā)、維護(hù)和本錢要求3.1串行通信技術(shù)1、異步通信：字符同步起止式異步協(xié)議每個字節(jié)設(shè)置1位起始位，1、1.5、2位停止位；起始位為0，停止位為1起止式異步協(xié)議

特點與格式起止式異步協(xié)議的特點是一個字符一個字符傳輸，并且傳送一個字符總是以起始位開始，以停止位結(jié)束，字符之間沒有固定的時間間隔要求。其格式如上圖所示。每一個字符的前面都有一位起始位〔低電平，邏輯值0〕，字符本身有5～7位數(shù)據(jù)位組成，接著字符后面是1位校驗位〔也可以沒有校驗位〕，最后是1位，或1位半，或2位停止位，停止位后面是不定長度的空閑位。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平〔邏輯值〕，這樣就保證起始位開始處一定有一個下跳沿。舉例：傳送時，數(shù)據(jù)的低位在前，高位在后，上圖表示了傳送一個字符E的ASCAII碼的波形1010001。當(dāng)把它的最低有效位寫到右邊時，就是E的ASCII碼1000101=45H。

起／止位的作用：起始位實際上是作為聯(lián)絡(luò)信號附加進(jìn)來的，當(dāng)它變?yōu)榈碗娖綍r，告訴收方傳送開始。它的到來，表示下面接著是數(shù)據(jù)位來了，要準(zhǔn)備接收。而停止位標(biāo)志一個字符的結(jié)束，它的出現(xiàn)，表示一個字符傳送完畢。2、同步通信：1〕面向字符的同步協(xié)議特點與格式：特點是一次傳送由假設(shè)干個字符組成的數(shù)據(jù)塊，而不是只傳送一個字符，并規(guī)定了10個字符作為這個數(shù)據(jù)塊的開頭與結(jié)束標(biāo)志以及整個傳輸過程的控制信息特定字符〔控制字符〕的定義：名稱ASCIIEBCDIC序始(SOH)000000100000001文始（STX)000001000000010組終(ETB)001011100100110文終（ETX)000001100000011同步(SYN)001011000110010送畢(EOT)000010000110111詢問(ENQ)000010100101101確認(rèn)(ACK)000011000101110否認(rèn)（NAK)001010100111101轉(zhuǎn)義(DLE)001000000010000說明SYN是同步字符(synchronousCharacter〕，每一幀開始處都有SYN，加一個SYN的稱單同步，加兩個SYN的稱雙同步設(shè)置同步字符是起聯(lián)絡(luò)作用,傳送數(shù)據(jù)時,接收端不斷檢測,一旦出現(xiàn)同步字符,就知道是一幀開始了。接著的SOH是序始字符〔StartOfHeader〕，它表示標(biāo)題的開始。標(biāo)題中包括源地址、目的地址和路由指示等信息。STX是文始字符(StartOfText〕，它標(biāo)志著傳送的正文〔數(shù)據(jù)塊〕開始。數(shù)據(jù)塊就是被傳送的正文內(nèi)容，由多個字符組成。數(shù)據(jù)塊后面是組終字符ETB〔EndOfTransmissionBlock〕或文終字符ETX(EndOfText)，其中ETB用在正文很長、需要分成假設(shè)干個分?jǐn)?shù)據(jù)塊、分別在不同幀中發(fā)送的場合，這時在每個分?jǐn)?shù)據(jù)塊后面用文終字符ETX。一幀的最后是校驗碼，它對從SOH開始到ETX〔或ETB〕字段進(jìn)行校驗，校驗方式可以是縱橫奇偶校驗或CRC。另外，在面向字符協(xié)議中還采用了一些其他通信控制字2、同步通信：2〕面向比特的同步協(xié)議面向比特的協(xié)議中最具有代表性的是同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程〔SDLC〕、高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程〔HDLC〕和先進(jìn)數(shù)據(jù)通信規(guī)程〔ADCCP〕HDLC根本規(guī)程通信站：主站：負(fù)責(zé)控制鏈路的操作與運行。次站：在主站控制下進(jìn)行工作組合站：同時具有主站和次站的功能鏈路結(jié)構(gòu)：不平衡鏈路結(jié)構(gòu)：1個主站和多個次站構(gòu)成用于點到點鏈路或多點鏈路平衡鏈路結(jié)構(gòu)：2個組合站構(gòu)成，只能用于點到點鏈路HDLC根本規(guī)程數(shù)據(jù)響應(yīng)方式：正常響應(yīng)方式NRM：不平衡鏈路，只有主站才能發(fā)起向次站的傳送數(shù)據(jù)異步響應(yīng)方式ARM：用于不平衡鏈路和平衡鏈路。次站需要等待主站的特殊指令就可以向主站發(fā)總相應(yīng)幀異步平衡方式ABM：是用于平衡鏈路結(jié)構(gòu)。每個站都為復(fù)合站，可以平等發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸，不需要得到對方允許特點與格式：2、HDLC的幀格式

在HDLC中，數(shù)據(jù)和控制報文均以幀的標(biāo)準(zhǔn)格式傳送。HDLC的完整的幀由標(biāo)志字段〔F〕、地址字段〔A〕、控制字段〔C〕、信息字段〔I〕、幀校驗序列字段〔FCS〕等組成.HDLC幀格式〔1〕標(biāo)志字段(F)標(biāo)志字段為01111110的比特模式，用以標(biāo)志幀的起始和前一幀的終止。標(biāo)志字段也可以作為幀與幀之間的填充字符。采用“0比特插入法〞可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸?！?〕地址字段(A)地址字段的內(nèi)容取決于所采用的操作方式。在操作方式中，有主站、從站、組合站之分。每一個從站和組合站都被分配一個唯一的地址。命令幀中的地址字段攜帶的是對方站的地址，而響應(yīng)幀中的地址字段所攜帶的地址是本站的地址。某一地址也可分配給不止一個站，這種地址稱為組地址，利用一個組地址傳輸?shù)膸鼙唤M內(nèi)所有擁有該組一一的站接收。但當(dāng)一個站或組合站發(fā)送響應(yīng)時，它仍應(yīng)當(dāng)用它唯一的地址。還可用全“1〞地址來表示包含所有站的地址，稱為播送地址，含有播送地址的幀傳送給鏈路上所有的站。另外，還規(guī)定全“0〞地址為無站地址，這種地址不分配給任何站，僅作作測試?！?〕控制字段(C)控制字段用來表示幀類型、幀編號以及命令、響應(yīng)等，以便對鏈路進(jìn)行監(jiān)視和控制。由于C字段的構(gòu)成不同，可以把HDLC幀分為三種類型：信息幀、監(jiān)控幀、無編號幀，分別簡稱I幀(Information)、S幀(Supervisory)、U幀(Unnumbered)。在控制字段中，第1位是“0〞為I幀，第1、2位是“10〞為S幀，第1、2位是“11〞為U幀，它們具體操作復(fù)雜，在后面予以介紹。另外控制字段也允許擴(kuò)展?！?〕信息字段(I)信息字段內(nèi)包含了用戶的數(shù)據(jù)信息和來自上層的各種控制信息。在I幀和某些U幀中，具有該字段，它可以是任意長度的比特序列。在實際應(yīng)用中，其長度由收發(fā)站的緩沖器的大小和線路的過失情況決定，但必須是8bit的整數(shù)倍?！?〕幀校驗序列字段(FCS)幀校驗序列字段可以使用16位CRC，對兩個標(biāo)志字段之間的整個幀的內(nèi)容進(jìn)行校驗。FCS的生成多項式CCITTV4.1建議規(guī)定X16+X12+X5+1。說明：N(S)：發(fā)送幀序列編號。N(R)：期望接收的幀序列編號，且是對N(R)以前幀確實認(rèn)。S：監(jiān)控功能比特。M：無編號功能比特。P/F：查詢/結(jié)束〔Poll/Final〕比特，作為命令幀發(fā)送時的查詢比特，以P位出現(xiàn)；作響應(yīng)幀發(fā)送時的結(jié)束比特，以F位出現(xiàn)。HDLC如何保證數(shù)據(jù)的透明傳輸HDLC通過采用“0比特插入法〞來保證數(shù)據(jù)的透明傳輸。即：在發(fā)數(shù)據(jù)傳輸HDLC送端，只要發(fā)現(xiàn)有5個連續(xù)“1〞，便在其后插入一個“0〞。在接收一個幀時，每當(dāng)發(fā)現(xiàn)5個連續(xù)“1〞后是“0〞，那么將其刪除以恢復(fù)比特流的原貌。數(shù)據(jù)傳輸HDLC作業(yè)：1、試畫出面向字符同步控制協(xié)議幀格式2、畫出HDLC幀格式3、HDLC定義了哪三種站，分別的功能是什么？HDLC定義的2種鏈路結(jié)構(gòu)分別是什么，特點是什么？4、HDLC數(shù)據(jù)響應(yīng)方式有哪幾種，特點分別是什么？3.2現(xiàn)場總線技術(shù)1、CAN總線控制器局域網(wǎng)絡(luò)〔ControllerAreaNetwork簡稱CAN〕主要用于各種過程〔設(shè)備〕監(jiān)測及控制。CAN最初是由德國的Bosch公司為汽車的監(jiān)測與控制設(shè)計的，但由于CAN總線本身的突出特點，其應(yīng)用領(lǐng)域目前已不再局限于汽車行業(yè)，而向過程工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械及傳感器等領(lǐng)域開展。由于其高性能、高可靠性及獨特的設(shè)計，CAN總線越來越受到人們的重視，國際上已經(jīng)有很多大公司的產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。CAN已經(jīng)形成國際標(biāo)準(zhǔn)〔ISO11898〕，并已成為工業(yè)數(shù)據(jù)通信的主流技術(shù)之一。1、CAN協(xié)議特點CAN總線是多主方式的串行通信總線1〕多主控制總線空閑，所有單元都可發(fā)送信息；最先訪問總線單元獲得發(fā)送權(quán)；多單元同時發(fā)送，發(fā)送高優(yōu)先級ID消息單元可獲得發(fā)送權(quán)2〕所有消息以固定格式發(fā)送，多單元發(fā)送信息，根據(jù)Id決定優(yōu)先級1、CAN協(xié)議特點3〕系統(tǒng)柔軟性總線增加單元時，連接總線上的其他單元軟硬件及應(yīng)用層無需改變4〕通信速度可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，設(shè)定適宜的通信速度同一網(wǎng)絡(luò)中，所有單元必須設(shè)定統(tǒng)一速度；不同網(wǎng)絡(luò)間可有不同速度5〕遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求通過發(fā)送遙控幀請求其他單元發(fā)送數(shù)據(jù)6〕錯誤檢測/錯誤通知/錯誤恢復(fù)功能1、CAN協(xié)議特點7〕故障封閉CAN判斷錯誤類型，當(dāng)發(fā)生持續(xù)數(shù)據(jù)錯誤時，將此故障單元從總線上離去8〕連接可以連接多個單元2、

CAN的分層結(jié)構(gòu)為了使設(shè)計透明和執(zhí)行靈活，遵循ISO/OSI標(biāo)準(zhǔn)模型，CAN分為數(shù)據(jù)鏈路層〔包括邏輯鏈路層LLC和媒體訪問控制層MAC〕和物理層，在CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0A的版本中，數(shù)據(jù)鏈路層的LLC和MAC子層的效勞和功能被描述為“目標(biāo)層〞和“傳輸層〞。媒體訪問控制子層MAC子層的功能主要是傳送規(guī)那么，以及控制幀結(jié)構(gòu)、執(zhí)行仲裁、錯誤檢測、出錯標(biāo)定和故障界定。MAC子層也要確定為開始一次新的發(fā)送，總線是否開放或者是否馬上開始接收，位定時也是MAC子層的一局部。物理層的功能是有關(guān)全部電氣特性不同的節(jié)點間位的實際傳送。

邏輯鏈路子層LLC子層的主要功能是報文濾波、超載通知和恢復(fù)管理。2、

CAN的分層結(jié)構(gòu)3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖1.CAN的分層結(jié)構(gòu)和功能3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CAN報文傳送及總線上的位電平表示〔1〕進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時，發(fā)出報文的單元成為該報文的發(fā)送器。該單元在總線空閑或喪失仲裁前恒為發(fā)送器。〔2〕如果一個單元不是報文發(fā)送器，并且總線不出現(xiàn)空閑狀態(tài)，那么該單元為接收器。對于報文接收器和發(fā)送器，報文的實際有效時刻是不同的?！?〕對于發(fā)送器而言，如果直到幀結(jié)束末尾一直未出錯，那么對于發(fā)送器報文有效。如果報文受損，將允許按照優(yōu)先權(quán)順序自動重發(fā)，為了能同其它總線訪問競爭，總線一旦空閑。重發(fā)送立即開始?！?〕對于報文接收器而言，如果直到幀結(jié)束的最后一位一直未出錯，那么對于接收器報文有效。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)發(fā)送器在發(fā)送的位流中檢測到5為連續(xù)的相同數(shù)值時，將自動的在實際發(fā)送的位流中插入一個補(bǔ)碼位。而數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的其余位場那么采用固定格式，不進(jìn)行填充，出錯幀和超載幀同樣是固定格式。

位填充規(guī)那么構(gòu)成一幀的幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場和CRC序列均借助位填充規(guī)那么進(jìn)行編碼。

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CAN總線報文的幀結(jié)構(gòu)

CAN總線的報文傳送由4種不同類型的幀表示和控制：●數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)由發(fā)送器至接收器；●遠(yuǎn)程幀通過總線單元發(fā)送，以請求發(fā)送具有相同標(biāo)識符的數(shù)據(jù)幀；●出錯幀由檢測出總線錯誤的任何單元發(fā)送；●超載幀用于提供當(dāng)前的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀的附加延遲。數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀借助幀間空間和當(dāng)前幀分開。

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1、數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成，即幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。數(shù)據(jù)長度可為0。CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0B數(shù)據(jù)幀的組成如圖3所示。圖3.數(shù)據(jù)幀的組成

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0B中存在兩種不同的幀格式，其主要區(qū)別在于標(biāo)識符的長度，具有11位標(biāo)識符的幀稱為標(biāo)準(zhǔn)幀，而包括29位標(biāo)識符的稱為擴(kuò)展幀。標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖4，圖5所示。

圖4.標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)幀

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖4.擴(kuò)展格式的數(shù)據(jù)幀

SRR:替代遠(yuǎn)程請求IDE:標(biāo)識位擴(kuò)展位RTR:遠(yuǎn)程發(fā)送請求位3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔1〕幀起始〔SOF〕標(biāo)志數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的起始，它僅由一個顯性位構(gòu)成，只有在總線處于空閑狀態(tài)時，才允許單元開始發(fā)送。所有單元都必須同步于首先開始發(fā)送的那個單元的幀起始前沿。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖6.仲裁場組成〔2〕仲裁場由標(biāo)識符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位〔RTR〕組成，如圖6所示。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

對于CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0A，標(biāo)識符的長度為11位，這些位一從高位到低位的順序發(fā)送，最低位為ID.0，其中最高7位不能全為隱性。RTR位在數(shù)據(jù)幀中必須為顯性，而在遠(yuǎn)程幀中必須為隱性。CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0A數(shù)據(jù)幀3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對于CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0B，標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的仲裁場不同，在標(biāo)準(zhǔn)格式中，11位標(biāo)識符和遠(yuǎn)程發(fā)送請求位RTR組成，標(biāo)識符位為；RTR位在數(shù)據(jù)幀中必須為顯性，而在遠(yuǎn)程幀中必須為隱性。為區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式，將CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0A中的r1改記為IDE位，CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0B的標(biāo)準(zhǔn)格式3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對于CAN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2.0B，在擴(kuò)展格式中，仲裁場:29位標(biāo)識符ID.28--ID.0;替代遠(yuǎn)程請求SRR位〔隱性位〕;標(biāo)識位擴(kuò)展位IDE〔隱性位〕;遠(yuǎn)程發(fā)送請求位RTR。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)SRR的全稱是“替代遠(yuǎn)程請求位〔SubstituteRemoteRequestBIT〕〞，SRR是一隱性位。它在擴(kuò)展格式的標(biāo)準(zhǔn)幀RTR位上被發(fā)送，并代替標(biāo)準(zhǔn)幀的RTR位。因此，如果擴(kuò)展幀的根本ID和標(biāo)準(zhǔn)幀的識別符相同，標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀的沖突是通過標(biāo)準(zhǔn)幀優(yōu)先于擴(kuò)展幀這一途徑得以解決的。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IDE的全稱是“識別符擴(kuò)展位〔IdentifierExtensionBit〕〞，對于擴(kuò)展格式，IDE位屬于仲裁場；對于標(biāo)準(zhǔn)格式，IDE位屬于控制場。標(biāo)準(zhǔn)格式里的IDE位為“顯性〞，而擴(kuò)展格式里的IDE位為“隱性〞。通過判別SRR和IDE是否均為隱性識別為擴(kuò)展格式，而不是標(biāo)準(zhǔn)格式的數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)CAN2.0B的擴(kuò)展幀和CAN2.0A和CAN2.0B的標(biāo)準(zhǔn)幀一樣，在數(shù)據(jù)幀中RTR位必須為顯性，而在遠(yuǎn)程幀中必須為隱性。

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔3〕控制場由6位組成，由圖可見，控制場包括數(shù)據(jù)長度碼和兩個保存位，這兩個保存位必須發(fā)送顯性位，但接收器認(rèn)可顯性和隱性的全部組合。數(shù)據(jù)長度碼DLC指出數(shù)據(jù)場的字節(jié)數(shù)目。數(shù)據(jù)長度碼為四位，在控制場中被發(fā)送，數(shù)據(jù)字節(jié)的允許使用數(shù)目為0-8，不能使用其它數(shù)值。圖7.控制場的組成

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔4〕數(shù)據(jù)場是又?jǐn)?shù)據(jù)幀中被發(fā)送的數(shù)據(jù)組成，它可包括0-8個字節(jié)，每個字節(jié)8位，首先發(fā)送的是最高有效位。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔5〕CRC場包括CRC序列，后隨CRC界定符。CRC場結(jié)構(gòu)如圖8所示。CRC序列由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列組成，最適用于位數(shù)小于127〔BCH碼〕的幀。CRC序列之后是CRC界定符，包含一個單獨的“隱性位〞圖8.CRC場結(jié)構(gòu)

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔6〕應(yīng)答場〔ACK〕為兩位，包括應(yīng)答間隙和應(yīng)答界定符，如圖9所示。在應(yīng)答場中，發(fā)送器送出兩個隱性位。一個正確地接收到有效報文的接收器，在應(yīng)答間隙，將此信息通過發(fā)送一個顯性位報告給發(fā)送器。所有接收到匹配CRC序列的站，通過在應(yīng)答間隙內(nèi)把顯性位寫入發(fā)送器的隱性位來報告。應(yīng)答界定符是應(yīng)答場的第二位，并且必須是隱性位， 3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)〔7〕幀結(jié)束：每個數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀均由7個隱性位組成的標(biāo)志序列界定。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)2、遠(yuǎn)程幀 激活為數(shù)據(jù)接收器的站可以借助于傳送一個遠(yuǎn)程幀初始化各自源節(jié)點數(shù)據(jù)的發(fā)送。遠(yuǎn)程幀由6個不同位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、CRC場、應(yīng)答場和幀結(jié)束。遠(yuǎn)程幀和數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)根本相同，其RTR位為隱性位，且不存在數(shù)據(jù)場，遠(yuǎn)程幀組成如圖10所示。圖10.遠(yuǎn)程幀組成3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3、出錯幀

出錯幀由兩個不同場組成，第一個由來自各站的錯誤標(biāo)識迭加而得到，后隨的第二個場是出錯界定符，(包括8個隱性位)。圖11.出錯幀的組成3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)錯誤標(biāo)志具有兩種形式：〔1〕激活錯誤標(biāo)志〔activeerrorflag〕：激活錯誤標(biāo)志由6個連續(xù)的顯性位組成?！?〕認(rèn)可錯誤標(biāo)志〔passiveerrorflag〕：認(rèn)可錯誤標(biāo)志由6個連續(xù)的隱性位組成，除非被來自其它節(jié)點的顯性位沖掉。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢測到錯誤條件的“錯誤激活〞站通過發(fā)送錯誤激活標(biāo)志指示錯誤。錯誤標(biāo)志的格式破壞了從幀起始到CRC界定符的位填充規(guī)那么，也破壞了應(yīng)答場或幀結(jié)束場的固定格式。因此，所有其他的站由此檢測到錯誤條件并開始發(fā)送錯誤標(biāo)志。因此，“顯性〞位序列的形成就是各個站發(fā)送的不同錯誤標(biāo)志加疊在一起的結(jié)果。這個序列的總長度最小為6個位，最大為12個位。檢測到錯誤條件的“錯誤認(rèn)可〞的站試圖通過發(fā)送錯誤認(rèn)可標(biāo)志指示錯誤。該“錯誤認(rèn)可〞站以錯誤認(rèn)可標(biāo)志為起點，等待6個相同極性的連續(xù)位。當(dāng)這6個相同的位被檢測到時，錯誤認(rèn)可標(biāo)志的發(fā)送就完成了。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

出錯界定符包括8個隱性位。錯誤標(biāo)志發(fā)送后，每個站都送出1個隱性位，并監(jiān)視總線，直到檢測到1個隱性位為止，然后開始發(fā)送剩余的7個隱性位。

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)4、超載幀

超載幀包括兩個位場：超載標(biāo)志和超載界定符，如圖12所示。存在兩種導(dǎo)致發(fā)送超載標(biāo)志的超載條件：一個是要求延遲下一個數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀的接收器的內(nèi)部條件；另一個是在間隙場檢測到顯性位。超載標(biāo)志由6個顯性位組成，超載界定符由8個隱性位組成。圖12.超載幀的組成3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)5、幀間空間數(shù)據(jù)幀、遠(yuǎn)程幀、出錯幀或超載幀，均以稱之為幀間空間的位場分開。而在超載幀和出錯幀前面沒有幀間空間，并且多個超載幀前面也不被幀間空間分隔。

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)幀間空間包括間歇場和總線空閑場，對于前面已經(jīng)發(fā)送報文的“錯誤認(rèn)可〞站還有暫停發(fā)送場，如圖13，圖14所示。圖13.非“錯誤認(rèn)可〞幀間空間圖14.“錯誤認(rèn)可〞的站幀間空間3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

間歇場由3個隱性位組成，間歇期間，不允許啟動發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀，它僅起標(biāo)注超載條件的作用?？偩€空閑場周期可為任意長度，此時總線是開放的，因此任何需要發(fā)送的站均可訪問總線。暫停發(fā)送場是指：錯誤認(rèn)可站發(fā)送完一個報文后，在下一次報問發(fā)送認(rèn)可總線空閑之前，它緊隨間歇場后送出的8個隱性位。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)錯誤類型和界定在CAN總線中存在5種錯誤類型，它們并不互相排斥1、位錯誤：向總線送出一位的某個單元同時也在監(jiān)視總線，當(dāng)檢測到總線位數(shù)值與送出的位數(shù)值不同時，那么在該位時刻檢測到一個位錯誤。2、填充錯誤：在應(yīng)使用位填充方法進(jìn)行編碼的報文中，出現(xiàn)了第六個連續(xù)相同的位電平時，將檢出一個位填充錯誤。

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)錯誤類型和界定在CAN總線中存在5種錯誤類型，并不互相排斥。3、CRC錯誤：CRC序列是由發(fā)送器CRC計算的結(jié)果組成的。接收器以與發(fā)送器相同的方法計算CRC。如果計算結(jié)果與接收到的CRC序列不相同，那么檢出一個CRC錯誤。4、格式錯誤：當(dāng)固定格式的位場中出現(xiàn)一個或多個非法位時，那么檢出一個形式錯誤。5、應(yīng)答錯誤：在應(yīng)答間歇，發(fā)送器未檢測到顯性位時，那么由它檢出一個應(yīng)答錯誤。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在CAN總線中，任何一個站可能處于以下三種故障狀態(tài)：〔1〕錯誤激活〔activeerror〕；〔2〕錯誤認(rèn)可〔passiveerror〕；〔3〕總線關(guān)閉〔busoff〕。

3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

錯誤激活站可以照常參加總線通訊，且當(dāng)檢測到錯誤時，送出一個活動錯誤標(biāo)志。

不允許錯誤認(rèn)可節(jié)點送出活動錯誤標(biāo)志，它可參與總線通訊，但當(dāng)檢測到錯誤時，只能送出認(rèn)可錯誤標(biāo)志，且發(fā)送后仍被錯誤認(rèn)可，直到下次發(fā)送初始化。

總線關(guān)閉狀態(tài)不允許單元對總線由任何影響，三種狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖15所示。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或REC≥128錯誤—激活錯誤—認(rèn)可總線關(guān)閉TEC≥255TEC≥128和REC≤127TEC≤127正常模式請求11個連續(xù)隱性位

128次為了界定故障，在每個總線單元中都設(shè)有兩種計數(shù)：發(fā)送出錯計數(shù)和接收出錯計數(shù)，這些計數(shù)按照一定規(guī)那么進(jìn)行，計數(shù)值的范圍為0-256，當(dāng)錯誤計數(shù)器數(shù)值大于96時，說明總線被嚴(yán)重干擾。3、CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)位定時與同步正常位時間是指在非重同步的情況下，借助理想發(fā)送器每秒發(fā)送的位時間，它可分為幾個互不重迭的時間段。這些時間段包括：同步段〔SYNC-SEG〕、傳播段〔PROP-SEG〕、相位緩沖段1〔PHASE-SEG1〕和相位緩沖段2〔PHASE-SEG2〕，如以下圖16所示。圖16.位時間的各組成局部3CAN總線的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同步段：用于補(bǔ)償總線上的各個節(jié)點，為此此段內(nèi)需要有一個跳變沿。傳播段：用于補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸延遲時間，它是信號在總線上傳播時間、輸入比較時間和驅(qū)動器延遲時間總和的兩倍。相位緩沖段1和相位緩沖段2：用于補(bǔ)償沿的相位誤差，通過重同步，這兩個時間段可以被延長或縮短。采樣點：它是這樣一個時點，在此點上，仲裁電平被讀取，并被理解為各位的數(shù)值，采樣點位于相位緩沖段1的終點。時間份額：由振蕩器周期派生出的一個固定時間單元。存在一個可編程的分度值，其整體數(shù)值范圍為1~32，而位時間的總數(shù)必須被編程至少為8~25。硬同步：硬同步后，內(nèi)部位時間從SYNC-SEG重新開始，因而，硬同步強(qiáng)迫由與硬同步而引起的沿處于重新開始的位時間同步段之內(nèi)。作業(yè)1、CAN總線有哪幾種錯誤類型及相互之間關(guān)系2、CAN協(xié)議特點3、CAN分層結(jié)構(gòu)及各層功能作為眾多現(xiàn)場總線家族的成員之一，ProfiBus是在歐洲工業(yè)界得到最廣泛應(yīng)用的一個現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，也是目前國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一。ProfiBus是屬于單元級、現(xiàn)場級的SIMITAC網(wǎng)絡(luò)，適用于傳輸中、小量的數(shù)據(jù)。其開放性可以允許眾多的廠商開發(fā)各自的符合ProfiBus協(xié)議的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可以連接在同一個ProfiBus網(wǎng)絡(luò)上。ProfiBus是一種電氣網(wǎng)絡(luò)，物理傳輸介質(zhì)可以是屏蔽雙絞線、光纖、無線傳輸。一、ProfiBus總線簡介PROFIBUS概述PROFIBUS(ProcessFieldbus的縮寫)是一種國