《工業(yè)通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》同步和異步傳輸

1、哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第第 2 頁(yè)頁(yè)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 同步同步 異步異步3.5 同步同步和和異步傳輸異步傳輸下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第第 3 頁(yè)頁(yè)并行傳輸并行傳輸下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 4 頁(yè)頁(yè)串行傳輸串行傳輸哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 5 頁(yè)頁(yè)l在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)，信號(hào)元素是一個(gè)個(gè)傳輸在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)，信號(hào)元素是一個(gè)個(gè)傳輸l每個(gè)信號(hào)元素可能：每個(gè)信號(hào)元素可能： 少于一個(gè)少于一個(gè)比特，如曼徹斯特編

2、碼比特，如曼徹斯特編碼 一個(gè)一個(gè)比特，如比特，如NRZ-L何何FSK 多余一個(gè)多余一個(gè)比特，如比特，如QPSKl接收器采樣接收器采樣 傳輸損傷傳輸損傷 定時(shí)定時(shí)關(guān)系：到達(dá)關(guān)系：到達(dá)時(shí)間和每個(gè)比特周期時(shí)間和每個(gè)比特周期 采樣時(shí)間采樣時(shí)間: 每個(gè)比特時(shí)間的中央時(shí)刻每個(gè)比特時(shí)間的中央時(shí)刻哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 6 頁(yè)頁(yè)l定時(shí)問(wèn)題要求一個(gè)機(jī)制來(lái)同步收發(fā)器定時(shí)問(wèn)題要求一個(gè)機(jī)制來(lái)同步收發(fā)器 接收器在比特中央對(duì)信息流采樣接收器在比特中央對(duì)信息流采樣 如果時(shí)鐘排列不規(guī)則或者漂移，那么足如果時(shí)鐘排列不規(guī)則或者漂移，那么足夠多的比特發(fā)送將導(dǎo)致在錯(cuò)誤時(shí)間采樣夠多的比特發(fā)送將導(dǎo)

3、致在錯(cuò)誤時(shí)間采樣的后果的后果l有兩個(gè)解決同步時(shí)鐘的辦法有兩個(gè)解決同步時(shí)鐘的辦法 異步傳輸異步傳輸 同步傳輸同步傳輸同步和異步傳輸同步和異步傳輸哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 7 頁(yè)頁(yè)l同一時(shí)間傳輸?shù)淖址麛?shù)據(jù)同一時(shí)間傳輸?shù)淖址麛?shù)據(jù)l定時(shí)在每個(gè)字符內(nèi)保持定時(shí)在每個(gè)字符內(nèi)保持l每個(gè)字符都要求重新取得每個(gè)字符都要求重新取得同步同步l這種機(jī)制的策略是拒絕傳輸無(wú)中斷的這種機(jī)制的策略是拒絕傳輸無(wú)中斷的長(zhǎng)比特流，以此來(lái)避免時(shí)序上的問(wèn)題。長(zhǎng)比特流，以此來(lái)避免時(shí)序上的問(wèn)題。異步傳輸異步傳輸哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 8 頁(yè)頁(yè)異步傳輸異步傳輸下一頁(yè)

4、上一頁(yè)停止放映停止放映第第 9 頁(yè)頁(yè)實(shí)際的起始位和終止位實(shí)際的起始位和終止位哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 10 頁(yè)頁(yè)對(duì)于穩(wěn)定信息流對(duì)于穩(wěn)定信息流, 字符的間隔是均勻分布字符的間隔是均勻分布的的(停止元素的長(zhǎng)度停止元素的長(zhǎng)度)l例子例子: 發(fā)送發(fā)送 IRA 字符字符“ABC” 1 起始起始比特，比特，7 位數(shù)據(jù)比特位數(shù)據(jù)比特, 1校驗(yàn)比特校驗(yàn)比特, 1 停止比特停止比特 空閑狀態(tài)，接收器搜索總線(xiàn)狀態(tài)從空閑狀態(tài)，接收器搜索總線(xiàn)狀態(tài)從1到到0 接著接著采樣采樣下下個(gè)個(gè)8位間隔位間隔 (字符長(zhǎng)度字符長(zhǎng)度) 接著搜索下個(gè)總線(xiàn)狀態(tài)從接著搜索下個(gè)總線(xiàn)狀態(tài)從1到到0為下為下個(gè)

5、字符個(gè)字符l定時(shí)差錯(cuò)定時(shí)差錯(cuò) 如如P8圖圖 (c) , 6% 漂移漂移l差錯(cuò)差錯(cuò) 比特采樣差錯(cuò)比特采樣差錯(cuò) 幀差錯(cuò)幀差錯(cuò)異步傳輸異步傳輸-過(guò)程過(guò)程哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 11 頁(yè)頁(yè)l簡(jiǎn)單便宜l但是 每個(gè)字符至少要求2-3個(gè)額外開(kāi)銷(xiāo) (20%)l為了取得更高的效率，使用不同形式的同步即：同步傳輸異步傳輸優(yōu)缺點(diǎn)異步傳輸優(yōu)缺點(diǎn)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 12 頁(yè)頁(yè)l傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊沒(méi)有起始和終止位傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊沒(méi)有起始和終止位l時(shí)鐘必須同步時(shí)鐘必須同步l可以可以使用獨(dú)立時(shí)鐘線(xiàn)使用獨(dú)立時(shí)鐘線(xiàn)(每位位時(shí)間對(duì)應(yīng)一個(gè)每位位時(shí)間對(duì)應(yīng)一個(gè)短脈

6、沖短脈沖) 有利于短距離傳輸有利于短距離傳輸 遭受傳輸損傷遭受傳輸損傷 (長(zhǎng)距離傳輸長(zhǎng)距離傳輸)l在數(shù)據(jù)中嵌入時(shí)鐘信息 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼(數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)) 載頻載頻(模擬信號(hào)模擬信號(hào))同步傳輸同步傳輸-比特級(jí)比特級(jí)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映第第 13 頁(yè)頁(yè)l必須指示數(shù)據(jù)塊的起始和結(jié)束必須指示數(shù)據(jù)塊的起始和結(jié)束l使用前同步碼和后同步碼使用前同步碼和后同步碼l比異步效率更高比異步效率更高 (較少的額外開(kāi)銷(xiāo)較少的額外開(kāi)銷(xiāo))，例子，例子: HDLC 48 位控制信息、位控制信息、前同步碼和后同步碼前同步碼和后同步碼 1000字符數(shù)據(jù)塊字符數(shù)據(jù)塊 額外開(kāi)銷(xiāo)額外開(kāi)

7、銷(xiāo)=48/(8x1000+48)x100%=0.6%同步同步傳輸傳輸-數(shù)據(jù)塊級(jí)數(shù)據(jù)塊級(jí)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映3.6 單工單工、半雙工半雙工和和全雙工傳輸全雙工傳輸單工、半雙工、全雙工通信單工、半雙工、全雙工通信u單工通信：信息流只能沿一個(gè)方向傳輸，不能單工通信：信息流只能沿一個(gè)方向傳輸，不能反向；反向；u半雙工通信：可以雙向傳輸，但同一時(shí)間內(nèi)只半雙工通信：可以雙向傳輸，但同一時(shí)間內(nèi)只能單向傳輸；能單向傳輸；u全雙工通信：允許在同一時(shí)刻兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)全雙工通信：允許在同一時(shí)刻兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。行數(shù)據(jù)傳輸。u單工通信一般用于無(wú)線(xiàn)廣播、有線(xiàn)廣播及電視單工通

8、信一般用于無(wú)線(xiàn)廣播、有線(xiàn)廣播及電視廣播，數(shù)據(jù)通信中很少使用；全雙工和半雙工廣播，數(shù)據(jù)通信中很少使用；全雙工和半雙工比：全雙工效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也比較比：全雙工效率高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也比較高高。第第 14 頁(yè)頁(yè)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映3.6 單工單工、半雙工半雙工和和全雙工傳輸全雙工傳輸?shù)诘?15 頁(yè)頁(yè)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第第 16 頁(yè)頁(yè)差錯(cuò)差錯(cuò)類(lèi)型：類(lèi)型：l單單比特差錯(cuò)比特差錯(cuò) 孤立的差錯(cuò)狀態(tài)孤立的差錯(cuò)狀態(tài) 只改變一個(gè)比特只改變一個(gè)比特 白噪聲引起白噪聲引

9、起l突發(fā)性差錯(cuò)突發(fā)性差錯(cuò) 連續(xù)的連續(xù)的B比特比特序列中序列中第一個(gè)第一個(gè)和和最后一個(gè)最后一個(gè)比特以比特以及任意多個(gè)中間比特接收不正確及任意多個(gè)中間比特接收不正確 沖激噪聲沖激噪聲引起引起 移動(dòng)無(wú)線(xiàn)環(huán)境中的移動(dòng)無(wú)線(xiàn)環(huán)境中的信號(hào)衰弱信號(hào)衰弱引起引起3.7 差錯(cuò)差錯(cuò)類(lèi)型類(lèi)型、差錯(cuò)檢測(cè)差錯(cuò)檢測(cè)和和差錯(cuò)差錯(cuò)糾正糾正哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第第17頁(yè)頁(yè)差錯(cuò)檢測(cè)差錯(cuò)檢測(cè)v錯(cuò)誤在所難免錯(cuò)誤在所難免v使用錯(cuò)誤檢測(cè)碼檢測(cè)使用錯(cuò)誤檢測(cè)碼檢測(cè)v附加在發(fā)送器附加在發(fā)送器v接收器重新計(jì)算和檢測(cè)接收器重新計(jì)算和檢測(cè)v也有可能存在不能檢測(cè)到的錯(cuò)誤也有可能存在不能檢測(cè)到的錯(cuò)誤v奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn) 設(shè)置奇偶比特，看字符設(shè)置奇

10、偶比特，看字符“1”個(gè)數(shù)是奇數(shù)個(gè)數(shù)是奇數(shù)還是偶數(shù)還是偶數(shù) 比特錯(cuò)誤偶數(shù)個(gè)檢測(cè)不到比特錯(cuò)誤偶數(shù)個(gè)檢測(cè)不到哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第第18頁(yè)頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第第 19 頁(yè)頁(yè)l奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn) 最簡(jiǎn)單的差錯(cuò)檢測(cè)機(jī)制最簡(jiǎn)單的差錯(cuò)檢測(cè)機(jī)制 典型的例子：典型的例子： 偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)用于用于同步同步傳輸傳輸 奇校驗(yàn)奇校驗(yàn)用于用于異步異步傳輸傳輸 不安全性不安全性 噪聲脈沖的長(zhǎng)度經(jīng)常破壞一個(gè)以上的噪聲脈沖的長(zhǎng)度經(jīng)常破壞一個(gè)以上的比特比特奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第20頁(yè)下一頁(yè)上一頁(yè)停止放映停止放映哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣

11、智能化研究所 第第 21 頁(yè)頁(yè)l循環(huán)冗余檢驗(yàn)循環(huán)冗余檢驗(yàn) Cyclic Redundancy Check, CRC *模模2運(yùn)算運(yùn)算* 使用無(wú)進(jìn)位的二進(jìn)制加法，即異或（使用無(wú)進(jìn)位的二進(jìn)制加法，即異或（XOR）操作操作 多項(xiàng)式多項(xiàng)式 數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第22頁(yè)CRCv最常用最有效的方法最常用最有效的方法v給定一給定一個(gè)個(gè)k位位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)塊，發(fā)送器生成一個(gè)塊，發(fā)送器生成一個(gè)（n-k）位比特序列）位比特序列 (FCS，幀檢驗(yàn)序列幀檢驗(yàn)序列)v必須使最后得到的含有必須使最后得到的含有n個(gè)比特的幀可以個(gè)比特的幀可以被被整除整除v接收器用同樣的數(shù)值對(duì)接收到

12、的幀進(jìn)行接收器用同樣的數(shù)值對(duì)接收到的幀進(jìn)行除法運(yùn)算除法運(yùn)算 沒(méi)有余數(shù)就說(shuō)明沒(méi)有錯(cuò)誤。沒(méi)有余數(shù)就說(shuō)明沒(méi)有錯(cuò)誤。哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第23頁(yè)v使用無(wú)進(jìn)位的二進(jìn)制加法使用無(wú)進(jìn)位的二進(jìn)制加法 異或異或(XOR)操作操作v定義如下定義如下: T=要發(fā)送的要發(fā)送的n位位幀幀 M（D）=k位數(shù)據(jù)塊，位數(shù)據(jù)塊，T中的前中的前k位位 F=n-k位幀檢驗(yàn)序列位幀檢驗(yàn)序列FCS，T中后中后n-k位位 P=n-k+1位位的特定比特的特定比特序列，它序列，它是預(yù)定的是預(yù)定的除數(shù)除數(shù)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第24頁(yè)2n kMRQPP2nkTMRPPRRQQP2n kTMR2n kMPRTn-kn-k+1哈

13、工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第25頁(yè)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第26頁(yè)vCRC 過(guò)程可以描述為如下 v例子, M=110011 M(X)=X5+ X4 +X+1 P=11001 P(X)=X4+ X3 +1)X(R)X(MX)X(T)X(P)X(R)X(Q)X(P)X(MXknkn13445894XXXXXX)X(P)X(MX哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第27頁(yè)多項(xiàng)式與除式多項(xiàng)式與除式例例 仍然用前面所舉的例子，對(duì)仍然用前面所舉的例子，對(duì)D = 1010001101，有，有D(X) = X9 + X7 + X3 + X2 +1，而對(duì)，而對(duì)P= 110101，有，有P(X) = X5 +

14、X4 + X2 + 1。最后得到的結(jié)果應(yīng)該是。最后得到的結(jié)果應(yīng)該是R = 01110，對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)R(X) =X3 + X2+X。下圖下圖描繪描繪了上一個(gè)例子中的二進(jìn)制除法所對(duì)了上一個(gè)例子中的二進(jìn)制除法所對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式除法。應(yīng)的多項(xiàng)式除法。哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第28頁(yè)多項(xiàng)式與除式多項(xiàng)式與除式哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第29頁(yè)v差錯(cuò)檢測(cè)進(jìn)而整塊數(shù)據(jù)重傳不適用差錯(cuò)檢測(cè)進(jìn)而整塊數(shù)據(jù)重傳不適用于無(wú)線(xiàn)通信于無(wú)線(xiàn)通信v原因如下原因如下: 無(wú)線(xiàn)鏈路上的比特差錯(cuò)率相當(dāng)無(wú)線(xiàn)鏈路上的比特差錯(cuò)率相當(dāng)高高 導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)重傳導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)重傳 很長(zhǎng)的傳播時(shí)延，單幀傳輸時(shí)間也相當(dāng)長(zhǎng)很長(zhǎng)的傳播時(shí)延，單幀傳輸時(shí)間

15、也相當(dāng)長(zhǎng) 導(dǎo)致系統(tǒng)效率非常低導(dǎo)致系統(tǒng)效率非常低v事實(shí)上，我們希望：事實(shí)上，我們希望： 接收器能夠在接收過(guò)程中根據(jù)傳輸比特來(lái)糾正接收器能夠在接收過(guò)程中根據(jù)傳輸比特來(lái)糾正差差錯(cuò)錯(cuò)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第30頁(yè)哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第31頁(yè)四種輸出的情況四種輸出的情況v沒(méi)有比特差錯(cuò)沒(méi)有比特差錯(cuò)v某些差錯(cuò)模式，解碼器可以檢測(cè)并糾正某些差錯(cuò)模式，解碼器可以檢測(cè)并糾正v某些模式，能檢測(cè)但無(wú)法糾正某些模式，能檢測(cè)但無(wú)法糾正v檢測(cè)不出來(lái)（比較少見(jiàn)）檢測(cè)不出來(lái)（比較少見(jiàn)）v差錯(cuò)糾正是通過(guò)傳輸報(bào)文附加冗余信息完成的差錯(cuò)糾正是通過(guò)傳輸報(bào)文附加冗余信息完成的 即即哈工大網(wǎng)絡(luò)與電氣智能化研究所 第32頁(yè)v漢