第03章數(shù)據(jù)通信

1、氣象儀器,第三章 數(shù)據(jù)通信技術(shù),2020/9/2,2,本章圍繞氣象儀器的通信需求，介紹了基本的數(shù)據(jù)通信過程，儀器通信的一般原理和方法。,第三章 數(shù)據(jù)通信技術(shù),2020/9/2,3,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),2020/9/2,4,數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)基本概念 1、消息和信息 消息：客觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)或主觀思維活動(dòng)狀態(tài)的一種反映 它通過文字、數(shù)據(jù)、語(yǔ)言、音符、圖片、圖像等不同形式具體來(lái)描述 信息：消息中包含的，對(duì)通信雙方有意義的內(nèi)容 消息中包含信息，是信息的載體 同一則信息可以由不同形式的消息來(lái)載荷 信息是可以度量的，用信息量表示(bit、Kbit、Mbit),3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),2020/9/2,5,

2、一則離散消息包含的信息量可表示為：,其中P表示該消息發(fā)生的概率；底數(shù)a決定了信息量的單位，它可以任意取值，常取2、10、e：,a=2 I= -log2P 單位為比特（bit） a=e I= -lnP 單位為奈特（nat） a=10 I= -lg P 單位為哈（hartley） a=M I= -logMP 單位為M進(jìn)制信息單位,香農(nóng)通信模型：信道含有高斯白噪聲,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),2020/9/2,6,數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)基本概念 2、數(shù)據(jù)和信號(hào) 數(shù)據(jù)：是賦予一定含義的數(shù)字、字母、文字等符號(hào)及其組合 數(shù)據(jù)是消息的一種表現(xiàn)形式； 狹義的“數(shù)據(jù)”通常是指具有一定數(shù)字特性的信息，如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、

3、測(cè)量數(shù)據(jù)及計(jì)算機(jī)中區(qū)別于程序的計(jì)算數(shù)據(jù)等； 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義地理解為在網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)字編碼。 信號(hào)：是攜帶信息的傳輸介質(zhì) 信號(hào)是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，是消息的直接反映； 在電信系統(tǒng)里，可以由電壓、電流或電磁波等物理量來(lái)體現(xiàn)。,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),2020/9/2,7,數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式，起源于20世紀(jì)50年代。 根據(jù)傳輸媒體的不同，分為有線數(shù)據(jù)通信與無(wú)線數(shù)據(jù)通信之分。但它們都是通過傳輸信道將各種數(shù)據(jù)終端聯(lián)結(jié)起來(lái)，而使不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)終端實(shí)現(xiàn)軟、硬件和信息資源的共享。 數(shù)據(jù)通信的發(fā)展階段：第一階段：以語(yǔ)言為主，通過人力、馬

4、力、烽火等原始手段傳遞信息。 第二階段：文字、郵政。（增加了信息傳播的手段） 第三階段：印刷。（擴(kuò)大信息傳播范圍） 第四階段：電報(bào)、電話、廣播。（進(jìn)入電器時(shí)代） 第五階段：信息時(shí)代，除語(yǔ)言信息外，還有數(shù)據(jù)、圖像、文本等,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),2020/9/2,8,通信系統(tǒng)組成三要素：信源、信宿和信道,通信的基本目的是由信源向信宿傳送信息。,信源,發(fā)送設(shè)備,消息信號(hào),接收設(shè)備,信宿,消息信號(hào)的估計(jì)值,信道,噪聲、衰落和干擾,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),2020/9/2,9,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理

5、的系統(tǒng)。比較典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)終端設(shè)備、數(shù)據(jù)電路、中央處理機(jī)三部分組成。,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成,2020/9/2,10,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 1、數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE) 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(jiǎn)稱 DTE）。 數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備: 輸入設(shè)備（如鍵盤、鼠標(biāo)、掃描儀等） 輸出設(shè)備（顯示器、打印機(jī)、傳真機(jī)等） 傳輸控制器/通信控制器 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、差錯(cuò)控制、傳輸鏈路的建立、維待和拆除及數(shù)據(jù)流量控制等，所以必須設(shè)置通信控制器(TC)來(lái)完成這些功能，對(duì)應(yīng)于軟件部分就是通信協(xié)議 。,2020/9/2,

6、11,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 2、數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE) 作用：將數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出的信號(hào)變換成適合在傳輸信道中傳輸?shù)男盘?hào) 若信道為模擬的，DCE是將數(shù)據(jù)信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)再傳； 若信道為數(shù)字的，DCE則實(shí)現(xiàn)碼型與電平的轉(zhuǎn)換，信道特性均衡，收發(fā)同步時(shí)鐘形成，控制接續(xù)的建立、保持和拆斷，維護(hù)測(cè)試等。 DTE/DCE接口：由數(shù)據(jù)通信設(shè)備和數(shù)據(jù)終端設(shè)備內(nèi)部的輸入/輸出電路以及連接它們的連接器和電纜組成。,2020/9/2,12,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 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(hào)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

7、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(hào)通路。 數(shù)據(jù)鏈路是在數(shù)據(jù)電路已建立的基礎(chǔ)上，通過發(fā)送方和接收方之間交換“握手”信號(hào)，使雙方確認(rèn)后方可開始傳輸數(shù)據(jù)的兩個(gè)或兩個(gè)以上的終端裝置與互連線路的組合體 ； 加了通信控制器以后的數(shù)據(jù)電路成為數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路包括物理鏈路和實(shí)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(gè)節(jié)點(diǎn)之間，因此從一個(gè)DTE到另一個(gè)DTE之間的連接可以操作多段數(shù)據(jù)鏈路 。,2020/9/2,13,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成 4、中央處理機(jī) 中

8、央計(jì)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(jì)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(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào),并向遠(yuǎn)程DTE發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)； 中央處理機(jī)是由中央處理單元(CPU)、主存儲(chǔ)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。,2020/9/2,14,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本類型,數(shù)據(jù)處理/查詢系統(tǒng),在中央處理機(jī)的文件中存有可查閱的大量數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)終端查詢時(shí)，首先與中央處

9、理機(jī)建立數(shù)據(jù)鏈路，然后發(fā)送查詢命令；中央處理機(jī)收到查詢命令后進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)出相應(yīng)的程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果進(jìn)行必要的編輯，以適應(yīng)線路傳送和終端接收的形式；最后發(fā)送回終端，作為對(duì)查詢的響應(yīng)。如飛機(jī)訂票系統(tǒng)、信息檢索系統(tǒng)都屬于此種類型。,2020/9/2,15,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本類型,信息交換系統(tǒng),若終端A要將信息送到終端B，終端A首先與中央處理機(jī)建立數(shù)據(jù)鏈路，并將要交換的信息送到中央處理機(jī)；中央處理機(jī)收到該信息后對(duì)其進(jìn)行檢查和處理，并選擇所需要的目的終端B；然后按照接收終端對(duì)信息格式的要求對(duì)交換信息進(jìn)行必要的編輯，并與目的地終端B建立數(shù)據(jù)鏈路，將信息發(fā)

10、送給終端B，以完成信息交換。例如票證交換系統(tǒng)就是一種信息交換系統(tǒng)。,2020/9/2,16,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本類型,信息收集和分配系統(tǒng),作為數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，例如氣象觀測(cè)系統(tǒng)，從很多數(shù)據(jù)終端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)被中央處理機(jī)收集，收集的數(shù)據(jù)被存入文件中，以備進(jìn)一步處理。這種系統(tǒng)也可以作為分配系統(tǒng)。,2020/9/2,17,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信的分類,數(shù)據(jù)通信方式,按傳輸信道分類：并行傳輸和串行傳輸,按傳輸時(shí)鐘分類：同步傳輸和異步傳輸,按信號(hào)類型分類：數(shù)字傳輸和模擬傳輸,按傳輸方式分類：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工,2020/9/2,18,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,

11、并行傳輸和串行傳輸 并行傳輸： 為了得到更高的傳輸速率，在近距離（幾米內(nèi)）采用多線路同時(shí)傳輸，每位數(shù)據(jù)各占一條信號(hào)線；,2020/9/2,19,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,并行傳輸和串行傳輸 并行傳輸：,優(yōu)點(diǎn)：不需要額外的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步； 缺點(diǎn)：必須有多條并行信道，成本比較高，不適宜遠(yuǎn)距離傳輸。,適用場(chǎng)合：計(jì)算機(jī)等設(shè)備內(nèi)部或兩個(gè)設(shè)備之間距離比較近時(shí)的外線上采用，如計(jì)算機(jī)到打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。,2020/9/2,20,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,并行傳輸和串行傳輸 串行傳輸 數(shù)據(jù)按位列隊(duì)在一條線路上傳輸,優(yōu)點(diǎn)：只需要一條傳輸信道，花費(fèi)的成本低，易于實(shí)現(xiàn) 缺

12、點(diǎn)：速度較低 適用場(chǎng)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。,2020/9/2,21,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,同步傳輸和異步傳輸 無(wú)論是并行傳輸還是串行傳輸，存在數(shù)據(jù)同步問題； 按發(fā)送方時(shí)鐘和接受方的時(shí)鐘是否同步，可分為同步傳輸和異步傳輸 異步傳輸 每傳一個(gè)字節(jié)，前后加上起始位和結(jié)束位； 起始位：0 表示 結(jié)束位：1 表示,2020/9/2,22,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,異步傳輸,同步傳輸和異步傳輸,在每一個(gè)字符的頭、尾各附加一個(gè)起始位和終止位，用來(lái)指示一個(gè)字符的開始和結(jié)束，以實(shí)現(xiàn)字符之間的同步。收發(fā)雙方的收發(fā)速率是通過一定的編程約定而基本保

13、持一致的。,2020/9/2,23,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,異步傳輸,同步傳輸和異步傳輸,優(yōu)點(diǎn)：收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)不需要精確的同步，實(shí)現(xiàn)字符之間同步比較簡(jiǎn)單 缺點(diǎn)：對(duì)于每個(gè)字符都需要加入起始位和終止位，因此信息傳輸效率低 適用場(chǎng)合：常用于1200比特/s及其以下的低速數(shù)據(jù)傳輸，比較適合人機(jī)之間的通信，如計(jì)算機(jī)鍵盤與主機(jī)，電視機(jī)遙控器與電視機(jī)之間的通信,2020/9/2,24,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,同步傳輸,同步傳輸和異步傳輸,發(fā)送方以固定的時(shí)鐘節(jié)拍發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)，收方以與發(fā)送端相同的時(shí)鐘節(jié)拍接收數(shù)據(jù)。收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)與傳輸?shù)拿恳晃粐?yán)格對(duì)應(yīng)，以達(dá)到位同步。,20

14、20/9/2,25,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,同步傳輸,同步傳輸和異步傳輸,優(yōu)點(diǎn)：不需要每字節(jié)都加同步信息，故傳輸效率較高 缺點(diǎn)：必須建立準(zhǔn)確的時(shí)鐘同步，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜 適用場(chǎng)合：常用于2400bit/s及其以上的高速數(shù)據(jù)傳輸,2020/9/2,26,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,單/雙工通信 數(shù)據(jù)按傳輸?shù)姆较蛐?，可分為三種： 單工通信： 數(shù)據(jù)只能從發(fā)送方發(fā)送給接收方（單向性）,指兩站之間只能沿一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)由A站傳到B站，稱為正向信道。（B站至A站只能傳送聯(lián)絡(luò)信號(hào)，傳輸效率較低，一般不超過75bit/s，稱為反向信道。通常用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，例如氣象數(shù)據(jù)

15、的收集）如：計(jì)算機(jī)與監(jiān)視器及鍵盤、計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸、遙測(cè)等。,2020/9/2,27,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,單/雙工通信 半雙工通信：通信雙方都可以相互傳輸數(shù)據(jù)，但同一時(shí)刻只能一方發(fā)送，另一方接收。即傳輸信號(hào)時(shí)占用信道的整個(gè)帶寬。如：對(duì)講機(jī)、使用同一載頻工作的無(wú)線電機(jī)等。,2020/9/2,28,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,單/雙工通信 雙工通信：是指在兩數(shù)據(jù)站之間，可以在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行傳輸。適用于高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。,2020/9/2,29,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,模擬傳輸和數(shù)字傳輸 模擬信號(hào)： 定義：是隨時(shí)間連續(xù)變化的電流、電壓 缺點(diǎn)：傳

16、輸距離短，抗干擾性差，中繼放大后噪聲也放大，導(dǎo)致波信號(hào)畸形；帶寬低,2020/9/2,30,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,模擬傳輸和數(shù)字傳輸 模擬信號(hào)：,2020/9/2,31,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,模擬傳輸和數(shù)字傳輸 模擬信號(hào)：,2020/9/2,32,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,缺點(diǎn)：傳輸距離短，抗干擾性差，中繼放大后噪聲也放大，導(dǎo)致波信號(hào)畸形；帶寬低 優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格低,模擬傳輸和數(shù)字傳輸 模擬信號(hào)：,2020/9/2,33,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,模擬傳輸和數(shù)字傳輸 數(shù)字信號(hào)：用不同電平的電信號(hào)表示數(shù)據(jù),2020/9/2,34,3.1

17、數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信方式,模擬傳輸和數(shù)字傳輸 數(shù)字信號(hào),優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)壓縮 保密性好，支持?jǐn)?shù)據(jù)加密 智能糾錯(cuò) 帶寬寬 缺點(diǎn)：器件成本高，對(duì)線路要求嚴(yán)格,2020/9/2,35,3.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信的帶寬需求,信號(hào)帶寬 模擬通信中信號(hào)的頻率范圍，最高頻率與最低頻率之差,線路帶寬 數(shù)字通信中線路帶寬指通信介質(zhì)的線路傳輸速率，即傳輸介質(zhì)每秒所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，單位為bit/s,2020/9/2,36,3.2 RS232技術(shù),2020/9/2,37,3.2 RS232技術(shù),RS232：,RS232-C接口（又稱 EIA RS232C）是常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國(guó)電子工

18、業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。,全稱：數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間用串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換的接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。,下圖給出了兩個(gè)DTE通過DCE在通信傳輸線路上連接示意圖：。,2020/9/2,38,RS232使用25根引腳的DB-25針式插座，引腳分為上下兩排，分別有13和12根引腳，其編號(hào)分別規(guī)定為113，1425，公插為自左向右方向，母插為自右向左方向。 針腳排列如下圖所示,RS232采用+15V和-15V的負(fù)

19、邏輯電平，規(guī)定邏輯“1”的電平為-15V-5V，邏輯“0”的電平為+5+15V，而在-5V+5V之間為過渡區(qū)域不做定義。當(dāng)連接電纜線的長(zhǎng)度不超過15m時(shí)，允許數(shù)據(jù)傳輸速率不超過20kbps。,功能特性主要是規(guī)定了具體的電路與25根引腳的連接，以及每根引腳的作用。 具體功能見下表,電氣特性,功能特性,機(jī)械特性,規(guī)程特性定義了DTE與DCE之間信號(hào)產(chǎn)生的時(shí)序 DTE-A向DTE-B發(fā)送數(shù)據(jù)的過程 如下,規(guī)程特性,3.2 RS232技術(shù),2020/9/2,39,3.2 RS232技術(shù),RS232的DB-25公插排列圖,RS232的DB-25母插排列圖,返回,2020/9/2,40,功能特性表,信號(hào)功

20、能與連接圖,返回,3.2 RS232技術(shù),DTE-A向DTE-B發(fā)送數(shù)據(jù)的過程,2020/9/2,41,（1）當(dāng)DTE-A要和DTE-B進(jìn)行通信時(shí)，DTE-B將DTR置為有效，同時(shí)通過TXD向DCE-A發(fā)送信號(hào)。 （2）DCE-B將RI置為有效，通知DTE-B有呼叫信號(hào)到達(dá)。DTE-B將DTR置為有效，DCE-B接著產(chǎn)生載波信號(hào)，并將CTS置為有效，表示已經(jīng)準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。 （3）DCE-A檢測(cè)到載波信號(hào)，將DCD及CTS置為有效，并通知DTE-A通信電路已連接好。 （4）DCE-A向DCE-B發(fā)送載波信號(hào)，DCE-B將CTS置為有效。,返回,3.2 RS232技術(shù),DTE-A向DTE-B發(fā)送

21、數(shù)據(jù)的過程,2020/9/2,42,（5）DTE-A若有發(fā)送數(shù)據(jù)，將DSR置為有效，DCE-A作為回應(yīng)信號(hào)，將RTS信號(hào)置為有效。DTE-A通過TXD發(fā)送串行數(shù)據(jù)，DCE-A將數(shù)據(jù)通過通信線路發(fā)向DCE-B。 （6）DCE-B將收到的數(shù)據(jù)通過RXD傳給DCE-B。 DTE-B向DTE-A發(fā)送數(shù)據(jù)的過程與上述一樣，當(dāng)使用RS232近地連接兩臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，可不使用調(diào)制解調(diào)器，而使用直接電纜連接，稱為零調(diào)制解調(diào)器。,返回,3.2 RS232技術(shù),2020/9/2,43,3.2 RS232技術(shù),RS232接口在儀器中應(yīng)用時(shí)，一般為計(jì)算機(jī)與儀器之間、兩個(gè)儀器之間、儀器內(nèi)部的通信，無(wú)需數(shù)據(jù)通信設(shè)備，這時(shí)RS

22、232接口可以簡(jiǎn)化為三線的連接，僅需要TXD與RXD的交叉連接和地線的連接。,2020/9/2,44,總線是計(jì)算機(jī)兩個(gè)或兩個(gè)以上的模塊(部件或子系統(tǒng))之間相互連接與通信的公共通路。 總線通常包括一組信號(hào)線，主要的信號(hào)線有： (1) 數(shù)據(jù)線和地址線 (2) 控制、時(shí)序和中斷信號(hào)線 (3) 電源線和地線 (4) 備用線 總線標(biāo)準(zhǔn)是指芯片之間、插板之間及系統(tǒng)之間，通過總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí)，應(yīng)遵守的一些協(xié)議和規(guī)范，包括硬件和軟件兩個(gè)方面。,3.3 總線技術(shù),3.3 總線技術(shù),雖然總線具有共享和擴(kuò)展特性，但是在總線實(shí)現(xiàn)技術(shù)上存在著共享與爭(zhēng)用之間的矛盾。因?yàn)楣蚕頃?huì)帶來(lái)爭(zhēng)用，總線工作于爭(zhēng)用基礎(chǔ)之上，因此

23、爭(zhēng)用處理是總線分時(shí)共享的基本策略?？偩€設(shè)計(jì)主要是為爭(zhēng)用處理進(jìn)行算法設(shè)計(jì)、對(duì)各種共享資源的總線占用進(jìn)行合理的分配。 在各種智能系統(tǒng)中，總線可以看成一個(gè)具有獨(dú)立功能的組成部件。在芯片之間、部件之間以及外部設(shè)備之間多采用總線方式進(jìn)行連接，通過總線來(lái)實(shí)現(xiàn)相互間的信息和數(shù)據(jù)交換。,3.3 總線技術(shù),片內(nèi)總線,串行總線,并行總線,系統(tǒng)總線,內(nèi)部總線,外部總線,總線分類,2020/9/2,47,片外總線,片總線,內(nèi)總線,它位于微處理器芯片的內(nèi)部，用于算術(shù)邏輯單元ALU與各種寄存器或其它功能單元之間的相互連接。比如CPU片內(nèi)總線是ALU寄存器和控制器之間的信息通路。,片外總線是電路板上連接各插件的公共通路。它

24、是儀器設(shè)備內(nèi)部的主要總線，主要是進(jìn)行各種接口與CPU之間的連接。在一塊PCI引腳的插件板上，在智能設(shè)備系統(tǒng)主板上，各個(gè)芯片大都連接到片外總線上，形成數(shù)據(jù)交換通路。,是一臺(tái)單板計(jì)算機(jī)或一個(gè)插件板的板內(nèi)總線，用于各芯片之間的連接。比如CPU及其支持芯片與其局部資源之間的通路即屬于主板局部總線，另外還有ISA總線，PCI總線等。,用于微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)各插件板之間的連接，是微型機(jī)系統(tǒng)的最重要的一種總線。系統(tǒng)總線往往也是標(biāo)準(zhǔn)總線，它在各種插件板與系統(tǒng)主板之間連接總線。系統(tǒng)總線屬于主板的一個(gè)組成部分，其表現(xiàn)形式是位于主板上的一個(gè)個(gè)可擴(kuò)展系統(tǒng)插槽，這些插槽上總線信號(hào)是用戶開發(fā)擴(kuò)展的基礎(chǔ),用于系統(tǒng)之間的連接，如

25、微機(jī)系統(tǒng)之間，微機(jī)系統(tǒng)與儀器、儀表或各種設(shè)備之間的連接。如EIA RS-232C、IEEE-488等,3.2 總線技術(shù),3.3 總線技術(shù),三類總線在智能設(shè)備中的地位和關(guān)系,總線組成,2020/9/2,49,按照總線在系統(tǒng)中承擔(dān)的角色，一般可分為地址總線，數(shù)據(jù)總線和控制總線。 (1)地址總線AB (Address Bus) 是微型計(jì)算機(jī)用來(lái)傳送地址的信號(hào)線，是單向的(從CPU傳向外部存儲(chǔ)器或I/O端口) 。通常用AnA0來(lái)表示。 地址總線決定了CPU的最大尋址能力。若地址總線為n位，則可尋址空間為2n位。,3.3 總線技術(shù),總線組成,2020/9/2,50,(2)數(shù)據(jù)總線DB(Data Bus)

26、 數(shù)據(jù)總線是傳送數(shù)據(jù)和代碼的總線，通常用DnD0來(lái)表示。數(shù)據(jù)總線是一個(gè)字節(jié)的倍數(shù)，如8根(8字節(jié))，16根(16字節(jié))等。數(shù)據(jù)總線表明了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Γ卜从沉丝偩€的性能。 數(shù)據(jù)總線一般為雙向信號(hào)線，既可輸入也可輸出。,3.3 總線技術(shù),2020/9/2,51,(3)控制總線CB(Control Bus) 控制總線主要用來(lái)傳送控制信號(hào)和時(shí)序信號(hào)。 控制信號(hào)中，有的是微處理器送往存儲(chǔ)器和輸入輸出設(shè)備接口電路的，如讀/寫信號(hào)，片選信號(hào)、中斷響應(yīng)信號(hào)等；也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請(qǐng)信號(hào)、復(fù)位信號(hào)、總線請(qǐng)求信號(hào)、設(shè)備就緒信號(hào)等。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號(hào)而定，一般是雙向

27、的，控制總線的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制需要而定?？刂瓶偩€是總線中最復(fù)雜、最靈活、功能最強(qiáng)的一種總線。,總線組成,3.3 總線技術(shù),2020/9/2,52,(4)電源和地線 它們決定了總線使用的電源種類及地線分布和用法。其中電源+5V，-5V，+12V，-12V是微機(jī)系統(tǒng)中必備的總線。其中+5V的功率最大，-5V的功率最小。+12V和-12V為RS232串行接口提供電源。而在一些微型系統(tǒng)中，為了適應(yīng)隨身攜帶，有些電源采用低電壓，PCI總線中增加了3.3V、2.5V和1.7V等可選電壓。對(duì)于地線，有時(shí)候要區(qū)分模擬地和數(shù)字地。 (5)備用線 備用線留做功能擴(kuò)充和用戶的特殊要求使用。,總線組成,3.3

28、 總線技術(shù),總線基本功能,2020/9/2,53,3.3 總線技術(shù),總線數(shù)據(jù)傳輸方式,2020/9/2,54,3.3 總線技術(shù),總線仲裁,2020/9/2,55,在智能系統(tǒng)中，總線連接若干個(gè)模塊并用于傳送信息。為了讓多個(gè)總線主模塊合理、高效地使用總線，就必須在系統(tǒng)中有處理總線競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)構(gòu)，這就是總線仲裁器(bus arbiter)。它的任務(wù)是響應(yīng)總線請(qǐng)求，合理分配總線資源。 總線控制方式即為總線裁決方式。 基本的總線仲裁方式有兩種，即串行總線仲裁方式和并行總線仲裁方式。,3.3 總線技術(shù),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),2020/9/2,56,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由部署在監(jiān)

29、測(cè)區(qū)域內(nèi)大量廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它可以智能地感知與采集周圍環(huán)境的信息，并能根據(jù)環(huán)境需求自主完成指定任務(wù)。 目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地理區(qū)域中感知對(duì)象的信息,并發(fā)布給觀察者。 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、低成本、靈活性等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)的有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，它具有耗資小、安裝方便、維護(hù)和更新費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)。,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,2020/9/2,57,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括大量傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)和監(jiān)控系統(tǒng)。,Internet、衛(wèi)星或移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等,匯聚節(jié)點(diǎn),監(jiān)測(cè)區(qū)域,傳感器節(jié)點(diǎn),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),2020/9/2,58,3.4 無(wú)線

30、傳感器網(wǎng)絡(luò),sensor節(jié)點(diǎn),發(fā)展歷史第一階段,最早可以追溯二十世紀(jì)70年代越戰(zhàn)時(shí)期使用的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。,胡志明小道,胡志明小道,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),熱帶樹,熱帶樹,轟炸機(jī),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),發(fā)展歷史第一階段,感知能力計(jì)算能力通信能力,1999年商業(yè)周刊將傳感器網(wǎng)絡(luò)列為二十一世紀(jì)最具影響的21項(xiàng)技術(shù)之一 。,二十世紀(jì)80年代至90年代之間,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),發(fā)展歷史第二階段,WSN關(guān)鍵技術(shù),通信能力有限 節(jié)點(diǎn)帶寬窄，而且經(jīng)常變化 節(jié)點(diǎn)通信覆蓋范圍只有幾十到幾百米，受環(huán)境影響大,挑戰(zhàn)之一 如何在如此有限通信能力的條件下, 高質(zhì)量地完成感知數(shù)據(jù)的查詢、分析、挖掘與傳輸？ 在傳感

31、器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，發(fā)現(xiàn)最小化算法通信復(fù)雜性的機(jī)理是我們面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)問題！,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),WSN關(guān)鍵技術(shù),多源、多跳是主要通信方式 多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)向一個(gè)目標(biāo)傳送信息 一次多源信息傳輸需要多條由多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)組成的路徑,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),挑戰(zhàn)之二 如何為多源信息傳輸選擇優(yōu)化通信路徑？ 在復(fù)雜的電磁環(huán)境下，建立選擇優(yōu)化或近似優(yōu)化通信路徑的理論是我們面臨的第二個(gè)挑戰(zhàn)問題！,WSN關(guān)鍵技術(shù),計(jì)算能力有限 傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器通常都具有嵌入式處理器和存儲(chǔ)器，具有計(jì)算能力 處理器性能、存儲(chǔ)器容量和能源都很有限，導(dǎo)致傳感器的計(jì)算能力十分有限,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),挑戰(zhàn)之三 如何使用大量具有有限

32、計(jì)算能力的傳感器設(shè)計(jì)能源有效的高性能分布式算法? 設(shè)計(jì)同時(shí)最小化能源、時(shí)間、空間和通信復(fù)雜性的分布式算法是我們面臨的第三個(gè)挑戰(zhàn)性問題！,信息安全 根據(jù)無(wú)線傳播和網(wǎng)絡(luò)部署特點(diǎn)，攻擊者很容易通過節(jié)點(diǎn)間的傳輸而獲得敏感或者私有的信息，如：在使用WSN監(jiān)控室內(nèi)溫度和燈光的場(chǎng)景中，部署在室外的無(wú)線接收器可以獲取室內(nèi)傳感器發(fā)送過來(lái)的溫度和燈光信息;同樣攻擊者通過監(jiān)聽室內(nèi)和室外節(jié)點(diǎn)間信息的傳輸，也可以獲知室內(nèi)信息，從而非法獲取出房屋主人的生活習(xí)慣等私密信息。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),挑戰(zhàn)之三 如何使傳感器網(wǎng)絡(luò)防止非法竊聽、控制是我們面臨的第四個(gè)挑戰(zhàn)性問題！,WSN關(guān)鍵技術(shù),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),WSN關(guān)鍵

33、技術(shù),其他關(guān)鍵技術(shù) 嵌入式操作系統(tǒng)技術(shù) 低功耗技術(shù) 多跳自組織網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議 數(shù)據(jù)融合和數(shù)據(jù)管理技術(shù),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在氣象儀器中的應(yīng)用,2020/9/2,67,氣象儀器主要測(cè)量的是溫、濕、風(fēng)、霧、雨等大氣環(huán)境要素, 由于大氣環(huán)境的瞬息萬(wàn)變及其觀測(cè)的特殊要求, 使氣象儀器有另于其他檢測(cè)儀器而形成一個(gè)獨(dú)立的和不可取代的行業(yè)。 氣象儀器的特殊性主要有這樣幾點(diǎn)： (1)氣象觀測(cè)必須具有代表性、準(zhǔn)確性和比較性。 (2)高精度、高穩(wěn)定性。 (3)是運(yùn)行環(huán)境可能十分惡劣。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),2020/9/2,68,氣象傳感器是氣象儀器中一個(gè)特別重要的環(huán)節(jié)。無(wú)線傳感器在氣象監(jiān)測(cè)方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),3

34、.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展新趨勢(shì)：物聯(lián)網(wǎng),2020/9/2,69,物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things）定義：通過各種信息傳感設(shè)備，如射頻識(shí)別（RFID）裝置、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等，按約定的協(xié)議，把任務(wù)物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換與通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控與管理的一種網(wǎng)絡(luò)。 物聯(lián)網(wǎng)融合了傳感器、計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)物與物的信息交換與通信。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)在氣象行業(yè)信息化中的應(yīng)用,2020/9/2,70,(1)氣象綜合觀測(cè) 物聯(lián)網(wǎng)在自動(dòng)氣象站行業(yè)中的典型應(yīng)用：氣象信息的檢測(cè)和氣象信息的傳輸，其中最具代表性的

35、就是自動(dòng)氣象站。由電子設(shè)備或計(jì)算機(jī)控制的自動(dòng)進(jìn)行氣象觀測(cè)和資料收集傳輸?shù)臍庀笳?，一般由傳感器、變換器、數(shù)據(jù)處理裝置、資料發(fā)送裝置、電源等部分組成。 自動(dòng)氣象站兩種形式：有線遙測(cè)自動(dòng)氣象站、無(wú)線遙測(cè)氣象站。無(wú)線遙測(cè)氣象站由于其獨(dú)特的通信方式目前已經(jīng)成為市場(chǎng)運(yùn)用主流。這樣可以在一批數(shù)量眾多、地理位置分散、位置較偏僻的區(qū)域按照要求布局建設(shè)自動(dòng)氣象站。極大豐富了我國(guó)的氣象探測(cè)資料，這些信息對(duì)提高氣象預(yù)報(bào)的精細(xì)化、準(zhǔn)確率進(jìn)程提供了保證。目前在江蘇省、山西省等省市都有良好的應(yīng)用。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)在氣象行業(yè)信息化中的應(yīng)用,2020/9/2,71,(2)氣象預(yù)警預(yù)報(bào)信息發(fā)布 無(wú)線氣象信息發(fā)布是

36、指通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)如GPRS、CDMA、3G等將氣象信息以文字、圖像等形式發(fā)送至顯示終端，如手機(jī)、顯示屏等。根據(jù)國(guó)家工業(yè)和信息部公布的最新數(shù)據(jù)，我國(guó)手機(jī)用戶目前總數(shù)已經(jīng)達(dá)到了8.89億，無(wú)線信息發(fā)布對(duì)擴(kuò)大氣象信息發(fā)布的人群覆蓋面、增強(qiáng)災(zāi)害預(yù)警能力，對(duì)預(yù)防氣象災(zāi)害能力有極大地促進(jìn)。 物聯(lián)網(wǎng)在預(yù)警信息發(fā)布方面的成功應(yīng)用：福建龍巖氣象局與中國(guó)移動(dòng)福建公司合作搭建了“災(zāi)害性天氣監(jiān)控預(yù)警平臺(tái)”，當(dāng)?shù)貧庀缶帜茉谧疃痰臅r(shí)間內(nèi)完成天氣信息的采集、傳輸和信息處理工作。放置在170多個(gè)重要天氣監(jiān)測(cè)點(diǎn)的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，能將采集到的信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時(shí)傳輸至氣象臺(tái)，氣象臺(tái)根據(jù)這些信息做出判斷，在災(zāi)害發(fā)生之前，及時(shí)向廣大

37、市民發(fā)送氣象信息短信。 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，通過移動(dòng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將防汛抗旱預(yù)警信息及時(shí)發(fā)送到各村鎮(zhèn)接收平臺(tái)，接收平臺(tái)在收到預(yù)警信息后可通過LED顯示屏及村廣播喇叭向村民進(jìn)行預(yù)警信息發(fā)布。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),無(wú)人干擾監(jiān)測(cè),鳥 巢,海 燕,大 鴨 島,大鴨島海燕監(jiān)測(cè),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),橋 梁 監(jiān) 測(cè),健 康 監(jiān) 測(cè),海 洋 監(jiān) 測(cè),環(huán) 境 監(jiān) 測(cè),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),電力高壓線,高爾夫球場(chǎng),葡 萄 園,道 路 交 通,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),智能停車場(chǎng),物流系統(tǒng),列車鐵軌,高速公路系統(tǒng),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),韓國(guó)濟(jì)州島智能漁場(chǎng),北京大興區(qū)菊花基地,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),聯(lián)合國(guó)維和部隊(duì),伊

38、拉 克,微型感應(yīng)傳感器網(wǎng)絡(luò),核武器和生化武器,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī),美國(guó)F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī),機(jī)外傳感器網(wǎng)絡(luò),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例展示,智能家居,廠房設(shè)備及 環(huán)境監(jiān)控,精細(xì)農(nóng)業(yè) 種植,醫(yī)院病房 電子巡檢,應(yīng)用實(shí)例：,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),在病人身上安裝帶有射頻標(biāo)簽的微型無(wú)線傳感器，動(dòng)態(tài)感知病人信息。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),病房外的醫(yī)生攜帶PDA等通訊設(shè)施。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),得知病人病情后，醫(yī)生將通知值勤護(hù)士或者急救人員前往病房救助。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),智能家居,廠房設(shè)備及 環(huán)境監(jiān)控,精細(xì)農(nóng)業(yè) 種植,醫(yī)院病房

39、 電子巡檢,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),農(nóng)場(chǎng)監(jiān)控中心實(shí)時(shí)監(jiān)控農(nóng)場(chǎng)信息，耕作者及時(shí)了解農(nóng)場(chǎng)溫度、光照度、土壤酸堿度等，以便對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)情況進(jìn)行控制。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),智能家居,廠房設(shè)備及 環(huán)境監(jiān)控,精細(xì)農(nóng)業(yè) 種植,醫(yī)院病房 電子巡檢,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),穿戴有數(shù)據(jù)衣等感知設(shè)備的人體感知到人體狀況異常時(shí)，會(huì)向房間內(nèi)的節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號(hào)。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),智能家居,廠房設(shè)備及 環(huán)境監(jiān)控,精細(xì)農(nóng)業(yè) 種植,醫(yī)院病房 電子巡檢,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)廠房設(shè)備及環(huán)境有異常情況時(shí)，通知相關(guān)負(fù)責(zé)人迅速到達(dá)故障地點(diǎn)。,3.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò),遠(yuǎn)程通信技術(shù)的發(fā)展歷史,2020/9/2,9