第2章控制網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)

1、安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程1第2章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)周鳴爭(zhēng)安徽工程大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程2主要內(nèi)容1 1 總線的基本概念與操作總線的基本概念與操作2 2 通信技術(shù)基礎(chǔ)通信技術(shù)基礎(chǔ)3 3 控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4 4 網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)5 5 介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式6 6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)7 7 差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)控制技術(shù)8 8 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)9 9 流量控制技術(shù)流量控制技術(shù)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程3 1 1 總線的基本概念與操作第2章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)安徽

2、工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程41 總線的基本概念（1）總線與總線段 從廣義上來說，總線就是傳輸信號(hào)或信息的公共路徑，是遵循同一技術(shù)規(guī)范的連接與操作方式。 一組設(shè)備通過總線連接在一起稱為總線段（bus segment)。（2）總線主設(shè)備 可在總線上發(fā)起信息傳輸?shù)脑O(shè)備稱為主設(shè)備（ Bus Master）?？偩€的基本概念與操作安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程5總線的基本概念與操作（3）總線從設(shè)備： 不能在總線上主動(dòng)發(fā)起通信，只能掛接在總線上，對(duì)總線設(shè)備進(jìn)行接收查詢的設(shè)備（bus slaver)?？偩€上至少有一個(gè)主設(shè)備，也可以有多個(gè)主設(shè)備。（4）總線協(xié)議： 管理主、從設(shè)備使

3、用總線的一套規(guī)則稱為總線協(xié)議（bus protocol)。（5）總線操作： 總線上主設(shè)備與從設(shè)備之間連接、數(shù)據(jù)傳送、脫開這一操作序列稱為一次總線操作。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程62 總線操縱內(nèi)容（1）數(shù)據(jù)傳送。（2）通信請(qǐng)求。（3）尋址：主設(shè)備與一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備建立起聯(lián)系的一種操作，常有物理（與位置有關(guān)）、邏輯（與位置無關(guān)）和廣播（選擇多個(gè)）三種方式。（4）總線仲裁 ：解決總線操作沖突問題。（5）總線定時(shí)：用于指明總線上的數(shù)據(jù)和地址在什么時(shí)候有效?？偩€的基本概念與操作安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程7 2 通信技術(shù)基礎(chǔ)第2章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)安徽工程大學(xué)安

4、徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程81 1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型通信技術(shù)基礎(chǔ)傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào) 輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC 機(jī)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程92 2、信號(hào)、信號(hào)(signal)信號(hào)是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波；數(shù)字信號(hào)則是一系列離散的電脈沖。 可以互相轉(zhuǎn)化。通信技術(shù)基礎(chǔ)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程10

5、3 數(shù)據(jù)(data)運(yùn)送消息的實(shí)體。4 信道：傳輸信息的線路；5 波特率與比特率（1）碼元碼元（Code cell）在使用時(shí)間域（或簡(jiǎn)稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。即：時(shí)間軸上一個(gè)信號(hào)的編碼單元。t碼元碼元1 1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信號(hào)信號(hào)通信技術(shù)基礎(chǔ)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程11（2）信號(hào)傳輸速率信號(hào)傳輸速率B - 每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作 Baud。 計(jì)算公式: B=1/T(Baud) 式中 T為信號(hào)碼元的寬度，單位為秒。 信號(hào)傳輸速率也稱波特率。（3）數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率R -每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單

6、位為位/秒，記作bps。計(jì)算公式: R=1/T * log 2 N (bps) 式中 T為一個(gè)碼元信號(hào)的寬度，單位為秒； N為對(duì)一個(gè)碼元編碼采樣的離散值的個(gè)數(shù)；log 2 N為每個(gè)碼元的bit數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸速率也稱比特率。通信技術(shù)基礎(chǔ)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程12通信技術(shù)基礎(chǔ)6 6 信道容量（信道最大數(shù)據(jù)傳輸速率）信道容量（信道最大數(shù)據(jù)傳輸速率）（1）信道容量：一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位：位/秒(bps)（2）信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別：u 信道容量表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限；u 數(shù)據(jù)傳輸速率是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。像公路上的最大限速與汽車實(shí)際

7、速度的關(guān)系一樣。（3）影響信道容量的主要因素是噪音。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程13通信技術(shù)基礎(chǔ)無噪聲下的信道容量（奈奎斯特定理） NyquistNyquist證明，無噪聲下的信道的最大信號(hào)傳輸速率證明，無噪聲下的信道的最大信號(hào)傳輸速率RmaxRmax與與信道帶寬信道帶寬B B的關(guān)系，即奈奎斯特的關(guān)系，即奈奎斯特-無噪信道容量公式：無噪信道容量公式：Rmax=2Rmax=2* *B B* *log2N (bps)log2N (bps) 式中式中 B B為信道的帶寬，單位為為信道的帶寬，單位為HzHz；N N為對(duì)一個(gè)碼元抽樣的離散為對(duì)一個(gè)碼元抽樣的離散值個(gè)數(shù)。值個(gè)數(shù)。 說明在無

8、噪聲的理想條件下，信道的容量與采樣量化從正比。說明在無噪聲的理想條件下，信道的容量與采樣量化從正比。 例例2 2 普通電話線路帶寬約普通電話線路帶寬約3kHz3kHz，若碼元抽樣的離散值個(gè)數(shù)，若碼元抽樣的離散值個(gè)數(shù)N=16N=16，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率：則最大數(shù)據(jù)傳輸速率：Rmax=2Rmax=2* *3k3k* *log216=24kbpslog216=24kbps。N 最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率 2 6000 b/s 4 12000 b/s 8 18000 b/s16 24000 b/s32 30000 b/s安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程14通信技術(shù)基礎(chǔ)有噪聲下的信道容量（香農(nóng)定

9、理） 對(duì)于帶寬為對(duì)于帶寬為B B，信噪比為，信噪比為S/NS/N的有噪聲信道，其最大數(shù)據(jù)傳的有噪聲信道，其最大數(shù)據(jù)傳輸率輸率RmaxRmax為為Rmax = BRmax = B* *log 2 (1 + log 2 (1 + S/NS/N) (bps) (bps) 其中其中S/NS/N為信號(hào)功率與噪聲功率的比，稱為信噪；我們一為信號(hào)功率與噪聲功率的比，稱為信噪；我們一般使用數(shù)值般使用數(shù)值1010* *log10S/N -log10S/N -分貝分貝(dB)(dB)來表示信噪比來表示信噪比。 例例 已知信噪比為已知信噪比為30dB30dB，帶寬為，帶寬為3kHz3kHz，求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸，求

10、信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。速率。 10log10(S/N)=30 S/N=10(30/10)=1000 10log10(S/N)=30 S/N=10(30/10)=1000 Rmax=3k log2(1+1000)30kbpsRmax=3k log2(1+1000)30kbps安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程15通信技術(shù)基礎(chǔ) NyquistNyquist公式和公式和ShannonShannon公式的比較公式的比較uC = 2B log2N用于理想信道數(shù)據(jù)傳輸率隨信號(hào)抽樣的離散值個(gè)數(shù)增加而增加。uC = B log2（1+S/N）用于有噪聲信道（實(shí)際的信道總是有噪聲！）無論信號(hào)抽樣的

11、離散值個(gè)數(shù)增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。原因：噪聲的存在將使抽樣的離散值個(gè)數(shù)不可能無限增加。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程16通信技術(shù)基礎(chǔ)7 7 誤碼率誤碼率-二進(jìn)制數(shù)據(jù)位傳輸時(shí)出錯(cuò)的概率二進(jìn)制數(shù)據(jù)位傳輸時(shí)出錯(cuò)的概率 它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于10-6，若誤碼率達(dá)不到這個(gè)指標(biāo)，可通過差錯(cuò)控制方法檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。誤碼率公式：Pe=Ne/N 式中 Ne為其中出錯(cuò)的位數(shù)； N為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程17通信技術(shù)基礎(chǔ)8 8 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式（1

12、）單工：數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播（2）半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸（例：對(duì)講機(jī)）（3）全雙工：數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話） 需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路； 或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。用于不同方向的信號(hào)傳輸。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程18通信技術(shù)基礎(chǔ)9 9 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)：模擬信號(hào)：模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 信道信道：

13、模擬信道：模擬信道 數(shù)字信道數(shù)字信道安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程19通信技術(shù)基礎(chǔ)（1 1）模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)）模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)話音話音移頻移頻,調(diào)制調(diào)制模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬模擬模擬PCM編碼編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制調(diào)制安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程20通信技術(shù)基礎(chǔ)（2 2）編碼與調(diào)制的區(qū)別）編碼與調(diào)制的區(qū)別 編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù) 調(diào)制：

14、用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)x(t)g(t)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方g(t)編碼編碼解碼解碼安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程21通信技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)g(t)s(t)g(t)載波發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方調(diào)制調(diào)制解調(diào)制解調(diào)制安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程22通信技術(shù)基礎(chǔ)（4）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸，把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號(hào)。常用的有兩類：不

15、歸零碼和曼徹斯特編碼u不歸零碼（NRZ，Non-Return to Zero） 二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用常用5V5V表示表示1 1，5V5V表示表示0 0； 缺點(diǎn)： 存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容； 不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程23通信技術(shù)基礎(chǔ)u曼徹斯特編碼（Manchester Coding） 用電壓的變化表示用電壓的變化表示0 0和和1 1。 規(guī)定在規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變： 高高低的跳變代表低的跳變代

16、表0 0，低，低高的跳變代表高的跳變代表1 1 每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號(hào)。這種來作為同步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼（編碼也稱為自同步碼（Self-Self-Synchronizing CodeSynchronizing Code）。）。 缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2 2倍）。倍）。u差分曼徹斯特編碼（Differential ） 每個(gè)碼元的中間每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變。仍要發(fā)生跳變。 用用碼元開始處碼元開始處有無跳變來表示有無跳變來表示

17、0 0和和1 1 ，有跳變代表，有跳變代表0 0，無，無跳變代表跳變代表1 1。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程24通信技術(shù)基礎(chǔ)u三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程25通信技術(shù)基礎(chǔ)（5 5）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制u使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸，三種常用的調(diào)使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸，三種常用的調(diào)制技術(shù)制技術(shù)： 幅移鍵控ASK （Amplitude Shift Keying） 頻移鍵控FSK （Frequency Shift Keying） 相移鍵控PSK （Phase Shift Keying）u原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波

18、的不同參量進(jìn)行調(diào)制。原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。 載波信號(hào)載波信號(hào) S(t) = S(t) = A Acos(cos( t+t+ ) ) uS(t)S(t)的參量包括：的參量包括： 幅度幅度A A、頻率頻率 、初相位初相位 調(diào)制就是要使調(diào)制就是要使A A、 或或 隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程26通信技術(shù)基礎(chǔ) ASKASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0 0和和1 1 FSKFSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0 0和和1 1 PSKPSK：用載波的起始相位的變化表示：

19、用載波的起始相位的變化表示0 0和和1 1安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程27通信技術(shù)基礎(chǔ)（6 6）模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼）模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼u使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸，采樣定理：使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸，采樣定理：如果模擬信號(hào)的最高頻率為如果模擬信號(hào)的最高頻率為F F，若以，若以2F2F的采樣頻率對(duì)的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。復(fù)出原始信號(hào)。u模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。三個(gè)步驟：數(shù)字信號(hào)。三個(gè)步驟： 采樣采樣：按

20、一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣：按一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣 量化量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上 編碼編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼 編碼后的信號(hào)稱為編碼后的信號(hào)稱為PCMPCM信號(hào)（脈碼調(diào)制信號(hào)（脈碼調(diào)制, Pulse , Pulse Coded ModulationCoded Modulation）。）。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程28通信技術(shù)基礎(chǔ)u語音信號(hào)的數(shù)字化語音信號(hào)的數(shù)字化 語音帶寬語音帶寬f4kHzf22倍語音最大頻率）倍語音最大頻率） 樣本量化級(jí)數(shù)：樣本量化級(jí)數(shù)：256256級(jí)（級(jí)（8bi

21、t/8bit/每樣本）每樣本） 數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率：80008000次次/s/s* *8bit = 64kb/s8bit = 64kb/s 每路每路PCMPCM信號(hào)的速率信號(hào)的速率 = 64kb/s= 64kb/s采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程29通信技術(shù)基礎(chǔ)PCM編碼過程舉例安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程30通信技術(shù)基礎(chǔ)10 10 信號(hào)的傳輸方式信號(hào)的傳輸方式 常有基帶、頻帶和寬帶傳輸三種 基帶傳輸基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在信道上傳送。信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）例

22、如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)） 頻帶傳輸頻帶傳輸：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。接收方需要解調(diào)。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù) 寬帶傳輸寬帶傳輸：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十MHZMHZ到幾百到幾百M(fèi)HZMHZ的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號(hào)傳輸例如：閉路電視的信號(hào)傳輸安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程31通信技術(shù)基礎(chǔ)1111數(shù)據(jù)同步方式數(shù)據(jù)同步方式 目的是使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致：目的是使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致： 同

23、步脈沖頻率同步脈沖頻率 數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束 位邊界位邊界 數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)塊邊界 數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步： 位位位同步位同步 字符字符字符同步字符同步 幀幀(Frame)(Frame)幀同步幀同步安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程32通信技術(shù)基礎(chǔ)（1 1）位同步）位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都：目的是使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步，與發(fā)送端保持同步，2 2種同步方法：種同步方法： 外同步外同步發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號(hào)，接收方用接收發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖

24、信號(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。到的同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。 自同步自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來鎖定自己的包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。時(shí)鐘脈沖頻率。發(fā) 送 站 同 步 信 號(hào)數(shù) 據(jù)接 收 的 同 步 信 號(hào)鎖 定 后 的 同 步 信 號(hào)接 收 站接 收 站 收 到 的 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程33通信技術(shù)基礎(chǔ)（2 2）字符同步）字符同步：找到正確的字符邊界。：找到

25、正確的字符邊界。 常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個(gè)字符的常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個(gè)字符的傳輸需要：傳輸需要： 1 1個(gè)起始位、個(gè)起始位、5 58 8個(gè)數(shù)據(jù)位、個(gè)數(shù)據(jù)位、1 1、1.51.5或或2 2個(gè)停止位個(gè)停止位 采用這種同步方式的通信也稱采用這種同步方式的通信也稱“異步通信異步通信”。 起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：起止式的優(yōu)缺點(diǎn)： 頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新獲得同步；頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新獲得同步； 每?jī)蓚€(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定；每?jī)蓚€(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定； 增加了輔助位，所以傳輸效率低；增加了輔助位，所以傳輸效率低；例如，采用例

26、如，采用1 1個(gè)起始位、個(gè)起始位、 8 8個(gè)數(shù)據(jù)位、個(gè)數(shù)據(jù)位、 2 2個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為8/118/117373起始位起始位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位停止位停止位字符間隔不固定字符間隔不固定1個(gè)字符時(shí)間個(gè)字符時(shí)間邏輯邏輯“0”邏輯邏輯“1”安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程34通信技術(shù)基礎(chǔ)（3 3）幀同步）幀同步：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束。幀（幀（FrameFrame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位包含數(shù)據(jù)和包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊控制信息的數(shù)據(jù)塊 面向字符的面向字符的以同步字符（以同步字符（SYNSYN，16H16H）來標(biāo)識(shí)一

27、）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀個(gè)幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀 面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH7EH，即，即0111111001111110）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始幀起始控制信息控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀結(jié)束幀結(jié)束校驗(yàn)和校驗(yàn)和0 n bit8bit8bit8-32m7EH7EH安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程35 3 控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)第2章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程36控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)1 1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩x網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩x拓?fù)鋵W(xué)是幾何

28、學(xué)的一個(gè)分支，是從圖論演變而來。拓?fù)鋵W(xué)首先把實(shí)體抽象成與其大小、形狀無關(guān)的點(diǎn)，將連接實(shí)體的線路抽象成線，進(jìn)而研究了點(diǎn)、線、面之間的關(guān)系;網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫峭ㄟ^網(wǎng)中結(jié)點(diǎn)與通信線路之間的幾何關(guān)系表示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，反映出網(wǎng)絡(luò)中各實(shí)體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系;網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕侵竿ㄐ抛泳W(wǎng)的拓?fù)錁?gòu)型; 拓?fù)湓O(shè)計(jì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能、系統(tǒng)可靠性與通信費(fèi)用都有重大影響。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程37控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2 2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆诸惥W(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆诸悾?）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?按通信子網(wǎng)中通信信道類型分類 u通信信道類型：廣播信道和點(diǎn)-點(diǎn)線路u廣播信道的特點(diǎn)：一個(gè)公共的通信信道被多個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)共享；u廣播信道通信子網(wǎng)4種基本拓?fù)錁?gòu)型：

29、總線型 環(huán)型 樹型 無線通信與衛(wèi)星通信型安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程38控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（2 2）點(diǎn)）點(diǎn)- -點(diǎn)線路的通信子網(wǎng)基本拓?fù)錁?gòu)型點(diǎn)線路的通信子網(wǎng)基本拓?fù)錁?gòu)型u點(diǎn)點(diǎn)- -點(diǎn)線路的特點(diǎn)：點(diǎn)線路的特點(diǎn)： 每條物理線路連接一對(duì)結(jié)點(diǎn)。每條物理線路連接一對(duì)結(jié)點(diǎn)。u點(diǎn)點(diǎn)- -點(diǎn)線路的通信子網(wǎng)點(diǎn)線路的通信子網(wǎng)4 4種基本拓?fù)錁?gòu)型：種基本拓?fù)錁?gòu)型： 星型；星型； 環(huán)型；環(huán)型； 樹型；樹型； 網(wǎng)狀型。網(wǎng)狀型。安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程39控制網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)總線型總線型環(huán)型：令牌環(huán)網(wǎng)環(huán)型：令牌環(huán)網(wǎng)星型星型樹型樹型安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程404

30、網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)第2章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程41網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)1 1 類型類型（1）磁介質(zhì)）磁介質(zhì)高帶寬、低費(fèi)用、高帶寬、低費(fèi)用、高延時(shí)（小時(shí)）高延時(shí)（小時(shí)） 在通信中很少使用。在通信中很少使用。 例：例：7GB/8mm7GB/8mm磁帶，磁帶，10001000盤盤/50/50* *5050* *50cm50cm3 3，24h24h可送到任何地方?？伤偷饺魏蔚胤?。 總?cè)萘靠側(cè)萘?7=7* *10001000* *8Gbits8Gbits，總時(shí)間，總時(shí)間=24=24* *6060* *60=86400s60=86400s 傳送速率傳送速率=56000Gb/

31、86400s=648Mb/s =56000Gb/86400s=648Mb/s 若讓劉翔來傳送若讓劉翔來傳送1 1盤盤10GB10GB的磁帶，在的磁帶，在110110米內(nèi)其傳輸速率是多少？米內(nèi)其傳輸速率是多少？（2）金屬導(dǎo)體）金屬導(dǎo)體雙絞線、雙絞線、 同軸電纜同軸電纜(粗、細(xì)粗、細(xì))（3）光纖）光纖（4）無線介質(zhì)）無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程42網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)-螺旋絞合的雙導(dǎo)線螺旋絞合的雙導(dǎo)線-每根每根4對(duì)、對(duì)、25對(duì)、對(duì)、1800對(duì)對(duì)-典型連接距離典型連接距離100m（LAN）-RJ45插座、插頭插座、插頭-優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)

32、缺點(diǎn)： 成本低成本低 組裝密度高、節(jié)省空間組裝密度高、節(jié)省空間 安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）安裝容易（綜合布線系統(tǒng)） 平衡傳輸（高速率）平衡傳輸（高速率） 抗干擾性一般抗干擾性一般 連接距離短連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣絕緣內(nèi)屏蔽內(nèi)屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套（2 2）雙絞線（）雙絞線（Twist PairTwist Pair，TPTP）安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程43網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線(STP) 非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用

33、：常用：3類（類（16Mb/s）、5類（類（155Mb/s）超）超5類、類、6類等類等安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程44網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)u雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn) 色彩標(biāo)記和連接方法： 交叉線：交換機(jī)-交換機(jī)、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)端口) 直連線：PC/路由器-交換機(jī)/HUB、HUB-HUB(級(jí)連端口)線對(duì)色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線交叉線EIA-568B直連線直連線EIA-568A安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程45網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)q雙絞線特點(diǎn)u距離短：100m5000m，u傳輸容

34、量：100Mbps以內(nèi)；u價(jià)格便宜; u低頻(10kHz以下)抗干擾性能強(qiáng)于同軸電纜，u高頻(10-100kHz)抗干擾性能弱于同軸電纜安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程46（3 3）光纖）光纖（Optical FiberOptical Fiber） 依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 傳輸帶寬高：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（100Gb/s） 傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸 抗干擾性能極好、誤碼率低，保密性好抗干擾性能極好、誤碼率低，保密性好 輕便輕便 價(jià)格較高價(jià)格

35、較高 單向傳輸單向傳輸 纖芯材料：纖芯材料：塑料塑料 二氧化硅二氧化硅高純玻璃）高純玻璃）網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程47u光纖傳輸原理光纖傳輸原理光的反射光的反射 光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角臨界值臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。 纖芯纖芯-折射率高，玻璃包層折射率高，玻璃包層-折射率低折射率低 亮度調(diào)制：有光脈沖亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無光脈沖，無光脈沖-0 光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè)

36、光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè) 光源：光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管，發(fā)光二極管/激光二極管激光二極管 光檢測(cè)器：光電二極管光檢測(cè)器：光電二極管PIN/雪崩二極管雪崩二極管APD 單向傳輸，雙向需兩根光纖單向傳輸，雙向需兩根光纖 應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程48u多模光纖多模光纖（multi-mode fiber）內(nèi)芯直徑稍大內(nèi)芯直徑稍大, ,其中有多個(gè)光沿不同的方向同時(shí)傳播。其中有多個(gè)光沿不同的方向同時(shí)傳播。直徑為直徑為62.562.5m m使用普通發(fā)光

37、二極管作為光源使用普通發(fā)光二極管作為光源波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為0.85um0.85um中繼距離中繼距離2 2公里公里u單模光纖單模光纖（single-mode fiber） 內(nèi)芯直徑較小，與光的波長(zhǎng)接近，光沿同一方向傳播。內(nèi)芯直徑較小，與光的波長(zhǎng)接近，光沿同一方向傳播。直徑為直徑為8 81010m m使用激光源使用激光源, ,波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為1.55um1.55um 中繼距離中繼距離100100公里公里激光器光檢波器單束光線沿直單束光線沿直線傳播線傳播多束光線以不同的反射角傳播多束光線以不同的反射角傳播激光器包層折射率低纖芯折射率高亮度調(diào)制光檢波器網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程4

38、9單芯光纜單芯光纜多芯光纜多芯光纜玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外殼外殼常見規(guī)格：纖芯常見規(guī)格：纖芯50um緩變型緩變型-MMF 62.5um緩變型緩變型/增強(qiáng)型增強(qiáng)型-MMF 8.3um突變型突變型-SMF 包層包層125um網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程50u高密度多芯光纜高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)芯芯封套封套外套外套加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯光纖光纖外鞘外鞘加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯光纖束光纖束網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程51銅芯銅芯絕緣層絕緣層外導(dǎo)體外導(dǎo)體屏蔽層屏蔽層保護(hù)套保護(hù)套（4）同

39、軸電纜u基帶電纜 粗纜粗纜 非中繼傳輸距離非中繼傳輸距離10km10km Rmax=10 MbpsRmax=10 Mbps 細(xì)纜（便宜的同軸電纜）細(xì)纜（便宜的同軸電纜） 非中繼傳輸距離非中繼傳輸距離185185米米 Rmax=10 MbpsRmax=10 Mbpsu寬帶電纜 非中繼傳輸距離非中繼傳輸距離100km100km Rmax= 900MbpsRmax= 900Mbps 傳有線電視傳有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程52（5 5）無線介質(zhì)）無線介質(zhì)（信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播）（信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播） 使用電磁波或光波攜帶信息使用電磁波或光波攜帶

40、信息 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 無需物理連接無需物理連接 適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合 易受干擾易受干擾 反射，為障礙物所阻隔反射，為障礙物所阻隔 主要類型主要類型： 無線電、地面微波無線電、地面微波 通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星 紅外線紅外線網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程53u無線電無線電 基站與終端之間通信采用無線鏈路基站與終端之間通信采用無線鏈路 應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)通信、無線局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）、RFIDBS基站覆蓋的無線電區(qū)域基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站基站 用戶計(jì)算機(jī)和終端用戶計(jì)算機(jī)和終端網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué)

41、 研究生課程研究生課程54u地面微波地面微波 通過地面站之間接力傳送通過地面站之間接力傳送 接力站之間距離：接力站之間距離：50 -100 km 速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地面站之間的直視線路地面站之間的直視線路 微波傳送塔微波傳送塔網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程55u地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星 與地面站相對(duì)固定位置與地面站相對(duì)固定位置 使用使用3 3顆衛(wèi)星即可覆蓋全球顆衛(wèi)星即可覆蓋全球 傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（270ms270ms） 廣播式傳輸廣播式傳輸 應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域： 電視傳輸電視傳輸 長(zhǎng)途電話長(zhǎng)途電話 專用網(wǎng)絡(luò)專用網(wǎng)絡(luò) 廣域網(wǎng)35,7

42、84公里公里地球地球網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程56（6）常用傳輸介質(zhì)的比較）常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸方式傳輸方式速率速率/工作頻帶工作頻帶傳輸距離傳輸距離性能性能價(jià)格價(jià)格應(yīng)用應(yīng)用雙絞線雙絞線寬帶寬帶基帶基帶1Gb/s模擬模擬: 10km數(shù)字?jǐn)?shù)字: 500m較好較好低低模擬模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)傳輸信號(hào)傳輸50同軸電纜同軸電纜基帶基帶10Mb/s3km較好較好較低較低基帶數(shù)字信基帶數(shù)字信號(hào)號(hào)75同軸電纜同軸電纜寬帶寬帶450MHz100km較好較好較低較低模擬電視、模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻數(shù)據(jù)及音頻光纖光纖基帶基帶40Gb/s20km以上以上很好很好較高較高

43、遠(yuǎn)距離高速遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸微波微波寬帶寬帶4-6GHz幾百幾百km好好中等中等遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星衛(wèi)星寬帶寬帶1-10GHz18000km很好很好高高遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程57 5 5 介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式第2章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程581 1 概述概述u對(duì)廣播信道（多點(diǎn)訪問，隨機(jī)訪問），多個(gè)站點(diǎn)共對(duì)廣播信道（多點(diǎn)訪問，隨機(jī)訪問），多個(gè)站點(diǎn)共享同一信道。存在如下問題：享同一信道。存在如下問題： 各站點(diǎn)如何訪問共享信道？各站點(diǎn)如何訪問共享信道？ 如何解決同時(shí)訪問造成的沖突（信道

44、爭(zhēng)用）？如何解決同時(shí)訪問造成的沖突（信道爭(zhēng)用）？u解決以上問題的方法稱為解決以上問題的方法稱為介質(zhì)訪問控制方法介質(zhì)訪問控制方法。u兩類介質(zhì)共享訪問控制方法：兩類介質(zhì)共享訪問控制方法： 靜態(tài)分配（靜態(tài)分配（FDMFDM、WDMWDM、TDMTDM、CDMCDM） 不適用于局域網(wǎng)不適用于局域網(wǎng) 動(dòng)態(tài)分配（隨機(jī)接入、受控接入）動(dòng)態(tài)分配（隨機(jī)接入、受控接入） CSMA/CDCSMA/CD、Token-PassingToken-Passing介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程592 2 信道共享技術(shù)分類信道共享技術(shù)分類信道共享技術(shù)信道共享技術(shù)TDMFDMSTD

45、MATDM隨機(jī)訪問隨機(jī)訪問受控訪問受控訪問CSMACSMA/CD集中控制集中控制分散控制分散控制輪詢輪詢令牌令牌靜態(tài)分配靜態(tài)分配動(dòng)態(tài)分配動(dòng)態(tài)分配以太網(wǎng)以太網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)令牌環(huán)網(wǎng)WDMCDM介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程603 3 常見的有兩種：常見的有兩種： 載波檢測(cè)多路訪問載波檢測(cè)多路訪問/ /沖突檢測(cè)（沖突檢測(cè)（CSMA/CDCSMA/CD） Carrier Sense Multiple Access/Collision Carrier Sense Multiple Access/Collision DetectDetect 采用采用隨機(jī)訪問技術(shù)

46、隨機(jī)訪問技術(shù)的的競(jìng)爭(zhēng)型競(jìng)爭(zhēng)型介質(zhì)訪問控制方法介質(zhì)訪問控制方法 令牌傳遞（令牌傳遞（Token PassingToken Passing） Token RingToken Ring Token BusToken Bus FDDIFDDI 采用采用受控訪問技術(shù)受控訪問技術(shù)的的分散控制型分散控制型介質(zhì)訪問控制方法介質(zhì)訪問控制方法介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程61介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式（1 1） CSMA/CDCSMA/CDu多個(gè)站點(diǎn)如何安全地使用共享信道？ 最簡(jiǎn)單的思路：發(fā)送前先檢測(cè)一下其它站點(diǎn)是否正在發(fā)最簡(jiǎn)單的思路：發(fā)送前先檢測(cè)一下其它站點(diǎn)

47、是否正在發(fā)送（即信道忙否）。送（即信道忙否）。 若信道空閑，是否可以立即發(fā)送？若信道空閑，是否可以立即發(fā)送？ 若有多個(gè)站點(diǎn)都在等待發(fā)送，必然沖突！ 解決：等待一段隨機(jī)時(shí)間隨機(jī)時(shí)間后再發(fā)（降低了沖突概率） 若信道忙，如何處理？若信道忙，如何處理？ 繼續(xù)監(jiān)聽： 等到信道空閑后立即發(fā)送 等到信道空閑后等待隨機(jī)時(shí)間后再發(fā)送 等待一段隨機(jī)時(shí)間后再重新檢測(cè)信道 一旦出現(xiàn)兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送的情況，如何處理？一旦出現(xiàn)兩個(gè)站點(diǎn)同時(shí)發(fā)送的情況，如何處理？以上方法均無法處理！安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程62uCSMA/CDCSMA/CD帶沖突檢測(cè)的帶沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問載波監(jiān)聽多路訪問 工作原

48、理：工作原理： 發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送；發(fā)送前先監(jiān)聽信道是否空閑，若空閑則立即發(fā)送； 如果信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，一旦空閑就立即發(fā)送；如果信道忙，則繼續(xù)監(jiān)聽，一旦空閑就立即發(fā)送； 在發(fā)送過程中，仍需繼續(xù)監(jiān)聽在發(fā)送過程中，仍需繼續(xù)監(jiān)聽。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立。若監(jiān)聽到?jīng)_突，則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，然后發(fā)送一串干擾信號(hào)（即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，然后發(fā)送一串干擾信號(hào)（JamJam）；）； 發(fā)送發(fā)送JamJam信號(hào)的目的是強(qiáng)化沖突，以便使所有的站點(diǎn)都能檢信號(hào)的目的是強(qiáng)化沖突，以便使所有的站點(diǎn)都能檢測(cè)到發(fā)生了沖突。測(cè)到發(fā)生了沖突。 等待一段隨機(jī)時(shí)間（稱為退避）以后，再重新嘗試。等待一段隨機(jī)時(shí)間（稱為退避

49、）以后，再重新嘗試。 歸結(jié)為四句話：歸結(jié)為四句話： 發(fā)前先聽，空閑即發(fā)送，邊發(fā)邊聽，沖突時(shí)退避。發(fā)前先聽，空閑即發(fā)送，邊發(fā)邊聽，沖突時(shí)退避。介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程63qCSMA/CDCSMA/CD操作的流程圖操作的流程圖媒體忙？媒體忙？發(fā)送幀發(fā)送幀碰撞？碰撞？發(fā)送完？發(fā)送完？發(fā)送發(fā)送JamJamN16?N16?YesYesNoNoNoNoYesYes發(fā)送成功發(fā)送成功YesYes發(fā)送失敗發(fā)送失敗NoNo延遲隨機(jī)時(shí)間延遲隨機(jī)時(shí)間NoNoYesYes發(fā)送發(fā)送碰撞次數(shù)碰撞次數(shù)N+1N+1介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研

50、究生課程研究生課程64站點(diǎn)1站點(diǎn)2距離Lta0t 2ta傳播時(shí)延t tqCSMA/CD協(xié)議的時(shí)間槽u時(shí)間槽時(shí)間槽能夠檢測(cè)到?jīng)_突的時(shí)間區(qū)間能夠檢測(cè)到?jīng)_突的時(shí)間區(qū)間（也稱為（也稱為爭(zhēng)用時(shí)隙爭(zhēng)用時(shí)隙或或碰撞窗口碰撞窗口）u若兩站點(diǎn)之間傳播時(shí)延為若兩站點(diǎn)之間傳播時(shí)延為a a，則時(shí)間槽，則時(shí)間槽2a2a。如。如下圖下圖所示：所示：t a 站點(diǎn)2發(fā)送幀碰撞站點(diǎn)1在t0時(shí)發(fā)送幀2ta站點(diǎn)2停止發(fā)送當(dāng)0時(shí)，將不會(huì)再發(fā)生沖突。這時(shí)，時(shí)間槽2a。介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程65u時(shí)間槽的意義：時(shí)間槽的意義： 一個(gè)站點(diǎn)開始發(fā)送后，若在時(shí)間槽內(nèi)沒有檢測(cè)到?jīng)_突，一個(gè)站點(diǎn)

51、開始發(fā)送后，若在時(shí)間槽內(nèi)沒有檢測(cè)到?jīng)_突，則本次發(fā)送不會(huì)再發(fā)生沖突；則本次發(fā)送不會(huì)再發(fā)生沖突； 時(shí)間槽與網(wǎng)絡(luò)跨距、傳輸速率、最小幀長(zhǎng)有密切的關(guān)系！時(shí)間槽與網(wǎng)絡(luò)跨距、傳輸速率、最小幀長(zhǎng)有密切的關(guān)系！u以太網(wǎng)中，時(shí)間槽以太網(wǎng)中，時(shí)間槽51.251.2ss 傳輸速率傳輸速率10Mb/s10Mb/s時(shí)，時(shí)，一個(gè)時(shí)間槽內(nèi)可發(fā)送一個(gè)時(shí)間槽內(nèi)可發(fā)送512bits512bits，即即6464字節(jié)（所以也稱一個(gè)時(shí)間槽長(zhǎng)度為字節(jié)（所以也稱一個(gè)時(shí)間槽長(zhǎng)度為6464字節(jié)）字節(jié)） 。 由此可知：由此可知： 1. 1. 沖突只可能在一幀的前沖突只可能在一幀的前6464字節(jié)內(nèi)發(fā)生；字節(jié)內(nèi)發(fā)生；2. 2. 幀長(zhǎng)度小于幀長(zhǎng)度小于

52、6464字字節(jié)時(shí)，將無法檢測(cè)出沖突；節(jié)時(shí)，將無法檢測(cè)出沖突；以太網(wǎng)規(guī)定，最小幀長(zhǎng)度為以太網(wǎng)規(guī)定，最小幀長(zhǎng)度為6464字節(jié)字節(jié) 3. 3. 長(zhǎng)度小于長(zhǎng)度小于6464字節(jié)的幀（碎片幀）都是無效幀。字節(jié)的幀（碎片幀）都是無效幀。想一想：什么情想一想：什么情況下會(huì)產(chǎn)生碎片幀？況下會(huì)產(chǎn)生碎片幀？介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程66u與時(shí)間槽相關(guān)的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)與時(shí)間槽相關(guān)的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)u采用采用CSMA/CDCSMA/CD的局域網(wǎng)中，由于時(shí)間槽的的局域網(wǎng)中，由于時(shí)間槽的限制，限制，傳輸速率傳輸速率R R、網(wǎng)絡(luò)跨距網(wǎng)絡(luò)跨距S S、最小幀長(zhǎng)最小幀長(zhǎng)F Fminmi

53、n三者之間必須滿足一定的關(guān)系：三者之間必須滿足一定的關(guān)系： F FminminkSR SR k:系數(shù)系數(shù) 可以看出可以看出： 最小幀長(zhǎng)度不變時(shí)，傳輸率越高，網(wǎng)絡(luò)跨距就越??；最小幀長(zhǎng)度不變時(shí)，傳輸率越高，網(wǎng)絡(luò)跨距就越??； 傳輸率固定時(shí)，網(wǎng)絡(luò)跨距越大，最小幀長(zhǎng)度就應(yīng)該越大；傳輸率固定時(shí)，網(wǎng)絡(luò)跨距越大，最小幀長(zhǎng)度就應(yīng)該越大； 網(wǎng)絡(luò)跨距固定時(shí)，傳輸率越高，最小幀長(zhǎng)度就應(yīng)該越大。網(wǎng)絡(luò)跨距固定時(shí)，傳輸率越高，最小幀長(zhǎng)度就應(yīng)該越大。 非常重要的結(jié)論！非常重要的結(jié)論！介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程67u退避時(shí)間的確定（退避算法）退避時(shí)間的確定（退避算法） CSM

54、A/CDCSMA/CD采用了采用了截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法，截?cái)喽M(jìn)制指數(shù)退避算法，算算法如下：法如下： 1. 1. 令基本退避時(shí)間令基本退避時(shí)間T=2aT=2a（即時(shí)間槽長(zhǎng)度）；（即時(shí)間槽長(zhǎng)度）； 2. k=min2. k=min（重傳次數(shù)，（重傳次數(shù)，1010）；）； 3. r=3. r=在在 0, 1, , (20, 1, , (2k k-1) -1) 中隨機(jī)取一個(gè)數(shù)；中隨機(jī)取一個(gè)數(shù)； 4. 4. 退避時(shí)間退避時(shí)間=rT=rT。 限定最大重傳次數(shù)限定最大重傳次數(shù)1616，若發(fā)送，若發(fā)送1616次仍不成功，次仍不成功，則發(fā)送失敗。則發(fā)送失敗。介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工

55、程大學(xué) 研究生課程研究生課程68uCSMA/CDCSMA/CD的優(yōu)缺點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕時(shí)，有較好的性能網(wǎng)絡(luò)負(fù)載輕時(shí)，有較好的性能： 30304040以內(nèi)以內(nèi) 延遲時(shí)間短、速度快延遲時(shí)間短、速度快網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時(shí)，性能急遽下降：網(wǎng)絡(luò)負(fù)載重時(shí)，性能急遽下降： 70708080以上以上 沖突數(shù)量的增長(zhǎng)使網(wǎng)絡(luò)速度大幅度下降沖突數(shù)量的增長(zhǎng)使網(wǎng)絡(luò)速度大幅度下降介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程69（2 2） 令牌傳遞（令牌傳遞（Token PassingToken Passing）ABDC站點(diǎn)站點(diǎn)干線耦合器干線耦合器單向環(huán)單

56、向環(huán)點(diǎn)到點(diǎn)鏈路點(diǎn)到點(diǎn)鏈路u主要用于令牌環(huán)網(wǎng)主要用于令牌環(huán)網(wǎng)u拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接，構(gòu)成閉合環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)到點(diǎn)鏈路連接，構(gòu)成閉合環(huán)介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程70uToken Ring的操作 哪個(gè)站點(diǎn)可以發(fā)送幀，是由一個(gè)沿著環(huán)旋轉(zhuǎn)的稱為“令牌”（TOKEN）的特殊幀來控制的。只有持有令牌的站可以發(fā)送幀，而沒有拿到令牌的站只能等待； 拿到令牌的站將令牌轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀頭，后面加掛上自己的數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送； 目的站點(diǎn)從環(huán)上復(fù)制該幀，幀則沿環(huán)繼續(xù)往下循環(huán)； 數(shù)據(jù)幀循環(huán)一周后由源站點(diǎn)回收，并送出一個(gè)空令牌，使其余的站點(diǎn)能獲得幀的發(fā)送權(quán)。介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪

57、問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程71q Token Ring的操作舉例AT（c）幀循環(huán)一圈后幀循環(huán)一圈后,A將數(shù)據(jù)幀回收將數(shù)據(jù)幀回收并放出空令牌并放出空令牌ATData（a）A有數(shù)據(jù)要發(fā)有數(shù)據(jù)要發(fā)送送, 它抓住空它抓住空令牌令牌（b）AA將令牌修改為將令牌修改為數(shù)據(jù)幀頭數(shù)據(jù)幀頭, 并加并加掛數(shù)據(jù)發(fā)送掛數(shù)據(jù)發(fā)送TDataCData目的站點(diǎn)從環(huán)目的站點(diǎn)從環(huán)上拷貝數(shù)據(jù)上拷貝數(shù)據(jù)TDataCTDataCTDataC介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程72q令牌環(huán)網(wǎng)的實(shí)際結(jié)構(gòu)星型環(huán)路ABCDE集線器集線器介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式安

58、徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程73 6 6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)第2章 工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程741 1 概述概述u什么是交換？ 按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。 例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶。又可分配給其它用戶。 最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換u為什么要采用交換技術(shù)？為什么要采用交換技術(shù)？ 節(jié)省線路投資，提

59、高線路利用率。節(jié)省線路投資，提高線路利用率。u實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換電路交換、報(bào)文交換報(bào)文交換和和分分組交換組交換。數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程752 2 電路交換電路交換 在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過程。 可以是真正的物理線路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。可以是真正的物理線路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。 特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。稱為“面向連接的”（典型例子：電話） 過程：建立連接通信釋放連接 優(yōu)缺點(diǎn)： 建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；建立連接的時(shí)間長(zhǎng)； 一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線

60、路利用率低； 無糾錯(cuò)機(jī)制；無糾錯(cuò)機(jī)制； 建立連接后，傳輸延遲小。建立連接后，傳輸延遲小。數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程76電路的帶寬是預(yù)先分配的，通信過程中固定不變；不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸沖突；不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。例如：建立連接的時(shí)間為例如：建立連接的時(shí)間為0.50.5秒，計(jì)算機(jī)以秒，計(jì)算機(jī)以1Mb/s1Mb/s的速的速率發(fā)送率發(fā)送10k10k字節(jié)。線路利用率？字節(jié)。線路利用率？數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)安徽工程大學(xué)安徽工程大學(xué) 研究生課程研究生課程77u電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換u電路交換也能在多路復(fù)用信