Главная страница » Какой принцип передачи данных используется в модеме

Какой принцип передачи данных используется в модеме

  • автор:

Модемы передачи данных. Принципы функционирования современных модемов, а также реализации этих принципов аппаратными средствами

Модемы передачи данных. Белорус. гос. ун-т транспорта. – Гомель, 1999. – 25 с.

Изложены принципы функционирования современных модемов, а также реализации этих принципов аппаратными средствами.

Для студентов, изучающих дисциплину “Каналообразующие устройства”, а также другие дисциплины, связанные с передачей дискретной информации.

Рецензенты: Кафедра “Автоматизированная обработка экономической информации” Гомельского государственного университета им. Ф. Скорины.

Введение

Происходящая в последнее десятилетие компьютеризация общества неизбежно влечёт за собой изменения в области телекоммуникаций и информатики. Значительное увеличение числа персональных компьютеров, устанавливаемых на предприятиях, в учреждениях и организациях, у частных пользователей, а также увеличение объёмов передаваемой информации неизбежно уже в ближайшее время потребует резкого роста числа высококачественных каналов передачи данных, как на магистральных, так и на абонентских участках сетей связи.

Расширение перечня услуг в сетях связи, включая широкополосные и мультимедийные услуги, с элементами интерактивности, требуют существенного увеличения пропускной способности их каналов связи. В этом направлении, особенно на магистральном участке, некоторые решения уже найдены. Например, переход от сетей X.25 к Frame Relay (где это возможно), и в дальнейшем – на АТМ.

Существенный вклад в эту «скоростную гонку» внесла всемирная сеть «ИНТЕРНЕТ», имеющая огромное число узлов и непрерывно растущий трафик. Её абонентам, в первую очередь, и требуется быстрый и качественный доступ. В полной мере это относится и к абонентам сети ИНТРАНЕТ.

Большую роль в столь быстром росте популярности указанных сетей передачи данных сыграла возможность подключения к ней пользователей по обычным телефонным каналам с помощью простых модемов, работающих со средними и высокими скоростями (1200-9600 и 14,4-28,8 кбит/с).

Весьма сложной является ситуация с доступностью для абонентов высокоскоростных каналов существующих и перспективных систем волоконно-оптической и спутниковой связи.

Проведение видеоконференций, получение видео-, графической и другой информации требует скорости передачи не менее 128 кбит/с. Из-за отсутствия высокоскоростных каналов, доходящих до пользователей сети (проблема «последней мили»), в настоящее время большинство интерактивных услуг имеют общую особенность: они не могут передаваться достаточно быстро и в больших объёмах.

Решение проблемы абонентского доступа к среднескоростным и высокоскоростным сетям передачи данных базируется на применении модемов, позволяющих организовать каналы по существующим телефонным линиям, в том числе и телефонным каналам. Современные модемы также широко используются на высокоскоростных магистралях связи (от 16 до 155 Мбит/с), организованных по волоконно-оптическим и спутниковым линиям связи. Поэтому модемы долгие годы будут входить в коммуникационную инфраструктуру, в том числе и на транспорте. Например, на железных дорогах Российской Федерации, намечается внедрить в ближайшее время около 80 тыс. автоматизированных рабочих мест (АРМ) и аппаратно-программных комплексов (АПК), обязательным элементом которых являются модемы.

Целью учебного пособия является изложение основных аппаратных средств модемов и принципов их построения с учётом последних рекомендаций Международного союза электросвязи (МСЭ — Т), теории связи и передачи сигналов.

1. Основы передачи данных

1.1 Типовая схема

Обобщённая структурная схема односторонней (симплексной) системы передачи данных (СПД) состоит из трёх основных составляющих:

· передатчик (источник передачи информации);

· канал связи (канал передачи);

· приёмник (получатель информации).

При двусторонней (дуплексной) передаче источник и получатель могут быть объединены так, что их оборудование может передавать и принимать данные одновременно (дуплексная) или поочерёдно (полудуплексная) связь.

В обобщённой СПД можно выделить следующие элементы (рис. 1.1):

· оконечное оборудование данных (ООД);

· аппаратура передачи данных (АПД);

· канал связи (канал передачи);

· интерфейсы (стыки) соответственно между АПД и ООД, каналом связи и АПД.

Оконечное оборудование данных является источником и получателем информации одновременно. Международный термин ООД – DTE (Data Terminal Equipment). В качестве DTE может использоваться терминал, кассовый аппарат, персональный компьютер, большая ЭВМ (mainframe computer) или другое оборудование, способное передавать или принимать данные.

Аппаратура передачи данных предназначена для передачи или приёма данных между DTE (терминалами, компьютерами и др.). На неё возлагаются функции организации канала передачи данных между терминалами, поддержания синфазности между передатчиком и приёмником сигналов (сообщений), повышения верности передачи, диагностики и др. Международный термин ООД Международный термин АПД – DCE (Data Communications Equipment).

В качестве канала связи могут использоваться аналоговые и цифровые каналы связи, которые могут быть выделенными для связи АПД или входить в состав коммутируемой сети передачи данных, коммутируемой сети телефонной связи общего пользования и др.

Важную роль во взаимодействии DTE, DCE и каналов связи играют их интерфейсы, которые называют также стыками (ГОСТ 18145 — 81). Например, соединение DTE и DTC происходит на стыке С2, соединение DCE и канала связи – на стыке С1 [11]. Распространённым международным интерфейсом DTE – DCE является

Осуществление передачи данных посредством модема

Пеpедача данных оpганизуется на основе набоpа пpотоколов, каждый из котоpых устанавливает пpавила взаимодействия связывающихся устpойств.

Пpотоколы, используемые в модемах, делятся на четыpе основные гpуппы:

пpотоколы модуляции и пеpедачи данных;

пpотоколы коppекции ошибок;

пpотоколы сжатия пеpедаваемых данных;

пpотоколы связи DTE и DCE.

Пеpвые тpи гpуппы относятся только к связи DCE-DCE, последняя — только к связи DCE-DTE.

Пеpвая гpуппа пpотоколов устанавливает пpавила вхождения модемов в связь, ее поддеpжания и pазpыва, паpаметpы аналоговых сигналов, пpавила кодиpования и модуляции. Эти пpотоколы непосpедственно относятся к сигналам, пеpедаваемым по межмодемной аналоговой линии связи. Соединение двух модемов возможно только в случае поддеpжки ими каких-либо общих или совместимых пpотоколов этой гpуппы. В семиуpовневой иеpаpхии пpотоколов связи OSI эта гpуппа пpотоколов имеет уpовень 1 (физический) и фоpмиpует канал цифpовой связи в pеальном вpемени, однако не защищенный от ошибок пеpедачи.

Пpотоколы физической связи могут быть симплексными (simplex) — pеализующими в каждый момент вpемени пеpедачу только в одну стоpону, и дуплексными (duplex) — с одновpеменной двунапpавленной пеpедачей. Чаще всего пpименяются дуплексные пpотоколы, котоpые могут быть симметpичными, когда скоpости пеpедачи в обоих напpавлениях pавны, и несимметpичными, когда скоpости pазличаются. Hесимметpичный дуплекс пpименяется для повышения скоpости пеpедачи в одну стоpону за счет ее снижения в обpатную стоpону, когда поток пеpедаваемых данных имеет выpаженную асимметpию.

Для опpеделения напpавления пеpедачи в физическом канале используются понятия вызывающего (иницииpующего соединение) и отвечающего модемов; напpавление пеpедачи опpеделяется со стоpоны вызывающего модема.

Втоpая гpуппа устанавливает пpавила обнаpужения и коppекции ошибок, возникающих на этапе пеpедачи с помощью пpотоколов пеpвой гpуппы. Эти пpотоколы имеют дело только с цифpовой инфоpмацией; для пpовеpки целостности инфоpмации она pазделяется на блоки (пакеты), снабжаемые контpольными избыточными кодами (CRC — Cyclic Redundancy Check). Пpи несовпадении контpольного кода на пpиемном конце пеpеданный пакет считается ошибочным и запpашивается его повтоpная пеpедача. Эта гpуппа пpотоколов фоpмиpует из ненадежного физического канала надежный (защищенный от ошибок) канал более высокого уpовня, однако это пpиводит к потеpе связи в pеальном вpемени и дается ценой опpеделенных накладных pасходов. В модели OSI эта гpуппа соответствует уpовню 2 (канальный).

Тpетья гpуппа устанавливает пpавила сжатия пеpедаваемых данных путем уменьшения их избыточности. Пpи этом на пеpедающем конце пpоисходит их анализ и упаковка, а на пpиемном — pаспаковка в исходный вид. Сжатие позволяет повысить скоpость пеpедачи свеpх физической пpопускной способности канала за счет уменьшения объема pеально пеpедаваемых данных. Реализация сжатия также тpебует некотоpых накладных pасходов на анализ инфоpмации и фоpмиpование пакетов; в случае неэффективного сжатия скоpость пеpедачи может оказаться ниже скоpости физического канала.

Последняя гpуппа пpотоколов задает пpавила взаимодействия DCE и DTE. Они подpазделяются на физические, касающиеся кабелей, pазъемов и сигналов взаимодействия, и инфоpмационные, относящиеся к фоpмату и смыслу пеpедаваемых сообщений. Посpедством этих пpотоколов pеализуется общение DTE и DCE во вpемя подготовки к вхождению в связь, оpганизации вызова и ответа, а также в пpоцессе самого обмена данными.

Специальная часть

Модем — внешнее устройство ЭВМ, служащее для связи с телефонными линиями связи, телепатийными аппаратами и т.д., применяющееся в системах связи и выполняющее функцию модуляции и демодуляции.

При установке соединения два модема автоматически «договариваются» между собой о максимально возможной для обоих скорости передачи и выборе коммуникационного протокола. Более быстрый модем может связаться с медленным, наладив уменьшенную скорость передачи.

Если динамик модема включён, то человек в этот момент слышит шипение и свист разной частоты. Модем, устанавливающий соединение, предлагает сначала протокол, в котором указывается максимальная скорость передачи, со сжатием и коррекцией ошибок. Если второй модем не может применить этот протокол (например, из-за низкого качества телефонного соединения), то первый модем меняет его на более простой, со сниженной скоростью передачи или вообще без сжатия данных. Таким образом, первый модем перебирает все поддерживаемые им протоколы, пока не найдёт приемлемый для обоих модемов. Впрочем, обычно модему запрещено «опускаться» до самого примитивного протокола без коррекции данных, которые в обычных телефонных сетях приводят к тому, что даже одно короткое слово невозможно передать без ошибки.

Протокол описывает способы передачи байтов по телефонной линии: тип модуляции аналогового сигнала, несущую частоту, дополнительные служебные биты, а также как байты объединяются в пакеты форматы пакетов, порядок переповтора передачи в случае искажения пакета и т. п. Каждый пакет содержит кроме самих передаваемых байтов дополнительную информацию, включающую, в: частности, контрольную сумму. Контрольная сумма позволяет принимающему устройству проверить, не исказился ли пакет при передаче, и при необходимости запросить повторную передачу. Модем может использовать коды, исправляющие ошибки, а также сжатие данных. Идея кодов состоит в том, что к каждому байту добавляются дополнительные биты, дающие возможность при искажении одного бита однозначно восстановить исходный байт. И хотя длина сообщения при этом увеличивается, в большинстве случаев не приходится повторять передачу искажённых пакетов. Это особенно важно при неустойчивой связи, а телефонные линии крайне ненадёжны.

Сжатие данных применяется для упаковки содержимого сообщений, что в ряде случаев существенно уменьшает их размер. Правда, при передаче уже упакованных данных, таких, как картинки в формате JPEG или ZIP-файл, дополнительное сжатие практически ничего не даст. Сжатие данных может использоваться совместно с кодами, исправляющими ошибки: сначала данные упаковываются, а затем каждый байт упакованного сообщения передается с помощью кода, исправляющего ошибки.

В настоящее время существует множество коммуникационных протоколов, они имеют свои обозначения: MNP 4, MNP 5, V42b, V.90 и т. п. Если самые первые модемы передавали лишь отдельные байты, не используя никаких протоколов высокого уровня, то со временем скорость передачи менялась от нескольких сотен до 56 тыс бит/с..

Пример программы, входящий в данный пример применения, демонстрирует использование модуля V.21 в комбинации с простым интерфейсом пользователя, который позволяет считывать из MSP430 измеренные данные. На рисунке 18 показан возможный вариант соединения. Персональный компьютер со стандартным модемом подключен к одному разъему симулятора телефонной линии, а программный модем на базе MSP430 — к другому.

т и установлены следующие параметры порта: 8 бит данных, нет бита проверки на четность и установлен один стоп бит. Скорость обмена данными может быть произвольной, так как она используется только для обмена данными между ПК и стандартным модемом. Модемы договорятся о скорости передачи данных по каналу сами. После настройки программы Hyper Terminal можно протестировать модем при помощи следующих «АТ» команд:

ATZ <Ввод> (выполняет сброс модема)

ATDTx <ВВод> (набирает последовательность цифр «x», которая должна соответствовать номеру порта, к которому подключен программный модем на базе MSP430)

После набора номера и установления соединения модем персонального компьютера сигнализирует об установлении связи с программным модемом MSP430, передавая программе Hyper Terminal строку «MSP430 Soft-Modem Demo». Посылая программному модему на MSP430 кодовые комбинации, стандартный модем получает соответствующие строки, содержащие информацию о состоянии.

Все тестируемые стандартные модемы смогли соединиться с программным модемом на базе MSP430 без каких-либо проблем. Было показано, что функциональные возможности модема могут быть реализованы при помощи самого микроконтроллера без использования дополнительного аппаратного модема. Это позволяет поднять рентабельность многих прикладных решений, которым необходимо вести обмен данными по телефонной линии с другими устройствами.

Проектирование модема

Основная функция САПР состоит в выполнении автоматизированного проектирования на всех или отдельных стадиях проектирования объектов и их составных частей. Основная функция САПР состоит в выполнении автоматизированного проектирования на всех или отдельных стадиях проектирования объектов и их составных частей.

При создании САПР и их составных частей следует руководствоваться следующими основными принципами:

Принцип системного единства должен обеспечивать целостность системы и системную связность проектирования отдельных элементов и всего объекта проектирования в целом (иерархичность проектирования).

Принцип совместимости должен обеспечивать совместное функционирование составных частей САПР и сохранять открытую систему в целом.

Принцип типизации заключается в ориентации на преимущественное создание и использование типовых и унифицированных элементов САПР. Типизации подлежат элементы, имеющие перспективу многократного применения. Типовые и унифицированные элементы, периодически проходят экспертизу на соответствие современным требованиям САПР и модифицируются по мере необходимости.

Процесс разработки схемы в САПР DipTrace

Для начала была создана рамка и штамп. Затем следует создание библиотеки. Дальше устанавливаем компоненты и соединяем их. Схема готова.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *