數(shù)據(jù)通信課件

第二章

數(shù)據(jù)通信《分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)》課件第二章

數(shù)據(jù)通信《分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)》課件1什么是通信？

通信就是信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍倪^程。什么是通信？通信就是信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍倪^程。2通信系統(tǒng)的基本組成發(fā)送裝置接收裝置信道信息發(fā)送裝置將信息送上信道，信息由信道傳送給接收裝置。通信系統(tǒng)的基本組成發(fā)送裝置接收裝置信道信息發(fā)送裝置3數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語數(shù)據(jù)信息

具有一定編碼、格式和字長的數(shù)字信息被稱為數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)信息4數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語傳輸速率信道在單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘俊Ｒ话阋悦棵腌娝軌騻鬏數(shù)谋忍財?shù)來表示，常記為bps或b/s。數(shù)據(jù)通信原理傳輸速率5數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語傳輸方式

單工(Simplex)方式

信息只能沿單方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工方式

半雙工(Halfduplex)方式

信息可以沿著兩個方向傳輸，但在某一時刻只能沿一個方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為半雙工方式，全雙工(Fullduplex)方式

信息可以同時沿著兩個方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為全雙工方式

數(shù)據(jù)通信原理傳輸方式單工(Simplex)方式6數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語發(fā)送裝置接收裝置單向信道發(fā)送裝置接收裝置單向信道發(fā)送裝置接收裝置雙向信道單工(Simplex)方式

半雙工(Halfduplex)方式

全雙工(Fullduplex)方式

數(shù)據(jù)通信原理發(fā)送裝置接收裝置單向信道發(fā)送裝置接收裝置單7數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸計算機中的信息是以二進制形式存在的，這些二進制信息可以用一系列的脈沖信號來表示，所謂基帶傳輸，就是直接將這些脈沖信號通過信道進行傳輸。載帶傳輸基帶傳輸不適用于遠距離數(shù)據(jù)傳輸。當傳輸距離較遠時，需要進行調(diào)制。用基帶信號調(diào)制載波之后，在信道上傳輸調(diào)制后的載波信號，這就是載帶傳輸。

數(shù)據(jù)通信原理基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸8數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸寬帶傳輸

如果要在一條信道上同時傳送多路信號，各路信號可以不同的載波頻率加以區(qū)別，每路信號以載波頻率為中心占據(jù)一定的頻帶寬度，整個信道的帶寬為各路載波信號所分享，實現(xiàn)多路信號同時傳輸，這就稱之為寬帶傳輸。

數(shù)據(jù)通信原理基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸寬帶傳輸9數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語發(fā)送裝置接收裝置信道

基帶傳輸

發(fā)送裝置接收裝置信道

載帶傳輸

發(fā)送裝置接收裝置信道

寬帶傳輸

數(shù)據(jù)通信原理發(fā)送裝置接收裝置信道基帶傳輸發(fā)送裝置接收裝10數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語異步傳輸與同步傳輸異步傳輸

在異步傳輸中，信息以字符為單位進行傳輸，每個信息字符都具有自己的起始位和停止位，一個字符中的各個位是同步的，但字符與字符之間的時間間隔是不確定的。數(shù)據(jù)通信原理異步傳輸與同步傳輸異步傳輸11數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語異步傳輸與同步傳輸同步傳輸在同步傳輸中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊為單位進行傳輸?shù)?。通信系統(tǒng)中有專門用來使發(fā)送裝置和接收裝置保持同步的時鐘脈沖，使兩者以同一頻率連續(xù)工作，并且保持一定的相位關(guān)系。在這一組數(shù)據(jù)或一個報文之內(nèi)不需要啟停標志，所以可以獲得較高的傳輸速度。

數(shù)據(jù)通信原理異步傳輸與同步傳輸同步傳輸12數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語串行傳輸與并行傳輸串行傳輸串行傳輸是把構(gòu)成數(shù)據(jù)的各個二進制位依次在信道上進行傳輸?shù)姆绞?；并行傳輸并行傳輸是把?gòu)成數(shù)據(jù)的各個二進制位同時在信道上進行傳輸?shù)姆绞健?shù)據(jù)通信原理串行傳輸與并行傳輸串行傳輸13數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語串行傳輸與并行傳輸發(fā)送裝置接收裝置串行傳輸

10010100

并行傳輸

發(fā)送裝置接收裝置10010100數(shù)據(jù)通信原理串行傳輸與并行傳輸發(fā)送裝置接收裝置串行傳輸114數(shù)據(jù)通信原理——二進制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）(1)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸平衡傳輸時，無論0還是1均有規(guī)定的傳輸格式；非平衡傳輸時，只有1被傳輸，而0則以在指定的時刻沒有脈沖信號來表示。(2)根據(jù)對零電平的關(guān)系，信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳輸。歸零傳輸是指在每一位二進制信息傳輸之后均讓信號返回零電平；不歸零傳輸是指在每一位二進制信息傳輸之后讓信號保持原電平不變。數(shù)據(jù)通信原理(1)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸15數(shù)據(jù)通信原理——二進制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）(3)根據(jù)信號的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸。單極性是指脈沖信號的極性是單方向的，雙極性是指脈沖信號有正和負兩個方向。數(shù)據(jù)通信原理(3)根據(jù)信號的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙16數(shù)據(jù)通信原理——二進制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）tttttttt11111000時鐘脈沖數(shù)據(jù)(a)(b)(c)(d)(e)(f)平衡、歸零、雙極性；平衡、歸零、單極性；平衡、不歸零、單極性；非平衡、歸零、雙極性；非平衡、歸零、單極性；非平衡、不歸零、單極性；

數(shù)據(jù)通信原理tttttttt11111000時鐘脈沖(a)(17數(shù)據(jù)通信原理——二進制數(shù)據(jù)的表示方法（載帶傳輸）調(diào)幅；1tttt1100(a)(b)(c)數(shù)據(jù)調(diào)頻；調(diào)相

數(shù)據(jù)通信原理調(diào)幅；1tttt1100(a)(b)(c)數(shù)據(jù)調(diào)18數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換線路交換報文交換分組交換虛電路數(shù)據(jù)報存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)交換線路交換報文交換分組交換虛電路數(shù)據(jù)報存儲19數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式線路交換通信過程：(1)線路建立(2)數(shù)據(jù)通信(3)線路拆除

1.線路交換方式

數(shù)據(jù)通信原理線路交換通信過程：1.線路交換方式20數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)

M1M2

M1M2M2

M1

M12.存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

（1）報文交換方式數(shù)據(jù)通信原理存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)M1M2M121數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式12ABYXIIIIIIIVABYXIIIIIIIVABYXIIIIIIIV121212連接建立數(shù)據(jù)傳輸連接釋放2.存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

（2）報文分組交換方式-虛電路方法數(shù)據(jù)通信原理12ABYXIIIIIIIVABYXIIIIII22數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式1243124342341314243112432.存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

（2）報文分組交換方式-數(shù)據(jù)報方法數(shù)據(jù)通信原理12431243423413142431124323數(shù)據(jù)通信原理——信道

所謂信道，系指發(fā)送裝置和接收裝置之間的信息傳輸通路，它包括傳輸介質(zhì)和有關(guān)的中間設(shè)備。

數(shù)據(jù)通信原理所謂信道，系指發(fā)送裝置和接收裝置24數(shù)據(jù)通信原理——信道雙絞線同軸電纜光纜無線傳輸（無線電波，微波，紅外線）1.傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通信原理雙絞線1.傳輸介質(zhì)25數(shù)據(jù)通信原理——信道1.傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜數(shù)據(jù)通信原理1.傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜26數(shù)據(jù)通信原理——信道1.傳輸介質(zhì)發(fā)送端接收端無線電波地表面發(fā)送端接收端大氣層中的電離層地表面（a）（b）無線電波數(shù)據(jù)通信原理1.傳輸介質(zhì)發(fā)送端接收端無線電波地表面發(fā)送端接收27數(shù)據(jù)通信原理——信道1.傳輸介質(zhì)微波微波地表面數(shù)據(jù)通信原理1.傳輸介質(zhì)微波微波地表面28數(shù)據(jù)通信原理——信道傳輸距離（km）傳輸速率（Mbps）0.010.11100.010.1110雙絞線同軸電纜光纜1.傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通信原理傳輸距離（km）傳輸速率0.010.11100.29數(shù)據(jù)通信原理——信道雙絞線：連接特別簡單，只要通過普通的接線端子就可以把各種設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，不需要任何專用設(shè)備。同軸電纜一般要通過專用的“Ｔ”形連接器進行連接。這種連接器類似于閉路電視中的連接器，構(gòu)造比較簡單，而且已經(jīng)形成了一系列的標準件，應(yīng)用起來十分方便。2.連接方式數(shù)據(jù)通信原理雙絞線：2.連接方式30Pin光電二極管選擇開關(guān)LED光二極管+12345光脈沖輸入接收電路發(fā)送數(shù)據(jù)控制信號光脈沖輸出數(shù)據(jù)通信原理——信道光纜2.連接方式Pin光電二極管選擇LED光二極管+12345光脈沖輸入接發(fā)31數(shù)據(jù)通信原理——信道光纜光脈沖輸入信號經(jīng)pin光電二極管轉(zhuǎn)換為低電平的電壓信號。這個信號經(jīng)放大器1、2放大后再經(jīng)過發(fā)光二極管LED轉(zhuǎn)換為光脈沖信號輸出。放大器1輸出的信號還經(jīng)過放大器3送往接收電路。當發(fā)送數(shù)據(jù)時，選擇開關(guān)切換到下面，通過放大器4發(fā)送數(shù)據(jù)?？刂菩盘柾ㄟ^驅(qū)動器5控制選擇開關(guān)的切換。2.連接方式數(shù)據(jù)通信原理光纜2.連接方式32數(shù)據(jù)通信原理——信道介質(zhì)特點項目雙絞線同軸電纜光纜傳輸線價格較低較高較高連接器件和支持電路的價格低較低高抗干擾能力如采用屏蔽措施，則比較好很好特別好標準化程度高較高低敷設(shè)簡單稍復雜簡單連接同普通導線一樣簡單需要專用的連接器需要很復雜的連接器件和連接工藝適用于網(wǎng)絡(luò)類型環(huán)形或總線型網(wǎng)絡(luò)總線型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)主要用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境的適應(yīng)性較好較好特別好，耐高溫，適用于惡劣環(huán)境數(shù)據(jù)通信原理介質(zhì)雙絞線傳輸線價格較低較高33數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制1.差錯控制的概念

分散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是在條件比較惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作的，因此，在信息傳輸過程中，各種各樣的干擾可能造成傳輸錯誤。這些錯誤輕則會使數(shù)據(jù)發(fā)生變化，重則會導致生產(chǎn)過程事故。因此必須采取一定的措施來檢測錯誤并糾正錯誤，把檢錯和糾錯統(tǒng)稱為差錯控制。

數(shù)據(jù)通信原理1.差錯控制的概念34數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制2.傳輸錯誤及可靠性指標

突發(fā)錯誤突發(fā)錯誤是由突發(fā)噪聲引起的，其特征是誤碼連續(xù)成片出現(xiàn)。隨機錯誤

隨機錯誤是由隨機噪聲引起的，它的特征是誤碼與其前后的代碼是否出錯無關(guān)。

可靠性指標：誤碼率

誤碼率（Pe）=出錯的碼元數(shù)／傳輸?shù)目偞a元數(shù)數(shù)據(jù)通信原理2.傳輸錯誤及可靠性指標35數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制垂直奇偶校驗在發(fā)送端檢錯由發(fā)送端重發(fā)在接收端校驗附加比特根據(jù)應(yīng)答，由發(fā)送端重發(fā)水平奇偶校驗矩陣奇偶校驗累加和校驗漢明碼校驗循環(huán)碼校驗其它編碼校驗回送比較回送校驗字符并列傳輸重復傳輸檢錯碼糾錯碼回送連發(fā)傳輸信息中附加冗余度的方法傳輸方法中附加冗余度的方法在接收端校驗附加比特自己糾錯在接收端檢錯由發(fā)送端重發(fā)3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理垂直奇偶校驗在發(fā)送端檢錯由發(fā)送端重發(fā)在接收端校驗360101010011001數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制接收端發(fā)送端001110接收端發(fā)送端0011100110011001接收端發(fā)送端001110011001100113.差錯控制方法0101010011001數(shù)據(jù)通信原理接收端發(fā)送端0011137數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制碼組、碼字、分組碼、編碼率的概念設(shè)一組信息的字長是k位，則這組信息可以有2k個狀態(tài)。如果在信息后面按一定規(guī)則附加r個冗余位，則可組成長度為n=k+r的二進制序列，稱之為碼組。碼組共有2n個狀態(tài)，其中有2k個是有用的狀態(tài)，即合法信息，其余的是無用的冗余狀態(tài)，即非法信息。每個狀態(tài)稱為一個碼字，這些碼字的集合稱為分組碼，記為(n，k)。k與n的比值稱為編碼率，用R表示。R越大，有用信息所占的比重就越大，信息的傳輸效率越高，但信息的冗余度就越小，差錯控制的能力就越弱。3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理碼組、碼字、分組碼、編碼率的概念3.差錯控制方法38數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明距離

由前可知，如果讓信息的合法狀態(tài)之間有很大的差別，那么一種合法信息錯成另一合法信息的可能性就會大大減小。對于兩個長度相同的二進制序列來說，它們之間的差別可以用兩個序列之間對應(yīng)位取值的不同來衡量，取值不同的值的個數(shù)稱為漢明(Hamming)距離，用字母d表示。

例如在前面的例子中，c1=000，c2=111，這兩個序列之間的漢明距離為d(c1，c2)=3

。在一個分組碼中，碼字之間的最小漢明距離是很重要的參數(shù)，最小漢明距離越大，說明碼字之間的差別就越大，一個碼字錯成另一個碼字的可能性就越小。

3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明距離3.差錯控制方法39數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制000111x1x2x3x3x2x10010111011000101103.差錯控制方法漢明距離的幾何表示

數(shù)據(jù)通信原理000111x1x2x3x3x2x10010140數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制奇偶校驗：垂直奇偶校驗設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗位如下（采用偶校驗）：

worldx111000x211100x311011x401010x510100x611111x711111xc000013.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理奇偶校驗：垂直奇偶校驗worldx111000x41數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制奇偶校驗：水平奇偶校驗設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗位如下（采用偶校驗）：worldxcx1110000x2111001x3110110x4010100x5101000x6111111x71111113.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理奇偶校驗：水平奇偶校驗worldxcx1110042數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制奇偶校驗：矩陣奇偶校驗設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗位如下（采用偶校驗）：

worldxcx1110000x2111001x3110110x4010100x5101000x6111111x7111111xc0000113.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理奇偶校驗：矩陣奇偶校驗worldxcx1110043數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗

漢明(Hamming)校驗是在奇偶校驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，漢明校驗不像奇偶校驗?zāi)菢觾H設(shè)置一位校驗碼，而是設(shè)置若干位校驗碼，其中每個校驗位有一定的校驗范圍。例如，設(shè)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為x1(僅1位)，如果采用漢明校驗碼，則需附加2位校驗位，記為xc1、xc2。由于、可以組合成四種狀態(tài)，故可用其中的一種狀態(tài)表示無錯，其他三種狀態(tài)分別表示x1、xc1、xc2出錯。具體實現(xiàn)方法如下：將x1和xc1編為一組，記為G１，再將x1和xc2編為一組，記為Ｇ２。對每一組都分別進行奇偶校驗(在本例中采用偶校驗)。

3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗3.差錯控制方法44數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗的編組

x1xc1xc2G1G2∨∨∨∨3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗的編組x1xc1xc245數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗的幾種情況

(1)G1G２=11，說明G1、G２兩組均發(fā)生錯誤，因此可以判定是x1出錯，將取反，就可實現(xiàn)糾錯；(2)G1G２=10，說明只有G1組發(fā)生了錯誤，因此可以判定是xc1出錯，此時是正x1確的，無需糾錯；(3)G1G２=01，說明只有G２組發(fā)生了錯誤，因此可以判定是xc2出錯；同理，x1正確，無需糾錯；(4)G1G２=00，說明G1G２色兩組均正確傳輸，沒有錯誤。

3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗的幾種情況(1)G146數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗應(yīng)滿足的條件

從上述例子中可以總結(jié)出漢明校驗的能力：若采用r個校驗位，則校驗位可以組成2r種狀態(tài)，用其中的一種狀態(tài)代表無錯，用r種狀態(tài)表示哪一個校驗位出錯，則還有2r-l-r種狀態(tài)信息能用于糾錯。若被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為k位，采用漢明校驗，所附加的校驗位為r，則應(yīng)滿足下式：2r≥k+r+13.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗應(yīng)滿足的條件47數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗的編碼規(guī)則如下：(1)若附加r個冗余校驗位，則可以組成r個校驗組，分別用G1，G2

Gr表示，且每個冗余位一般只參加1個校驗組。(2)每位數(shù)據(jù)必須參加2~r個校驗組，但組合上不應(yīng)重復。(3)如果某位出錯，必使它所參加的校驗組校驗出錯，例如，若x4參加了G２和G６組，當G２和G６校驗出錯，而其他組的校驗正確時，則可判定是x4出錯，只要將其取反，即可糾正。3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗的編碼規(guī)則如下：(1)若附加r個冗余校48數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制當k=11，r=5時，其一種漢明校驗分組如下表所示，如果G1G2G３G４G５=00000，則無錯；若G５=1，說明有一位錯(3位及3位以上錯不討論)，且G1G2G３G４可指出錯誤位置；若G1G2G３G４0，則表示有兩位錯。3.差錯控制方法

x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x11

xc1xc1xc3xc4xc5G1

G2

G3

G4

G5

數(shù)據(jù)通信原理當k=11，r=5時，其一種漢明校驗分組如下49漢明校驗思考題(1)當K=2,…,5,6….時，對應(yīng)的r及編組。(2)當給定一個需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時，試確定冗余位的值。數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制3.差錯控制方法漢明校驗思考題數(shù)據(jù)通信原理3.差錯控制方法50數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制方法循環(huán)冗余校驗CRC(CyclicRedundancyCheck)是在分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的一種校驗方法。其校驗碼的生成過程如下：(1)設(shè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)為D，把D與G（稱為生成多項式）的最高次項相乘得到D'(通過移位來實現(xiàn))；

(2)用G(生成多項式)除D；(3)將上一步相除后所得的余數(shù)作為校驗碼(即CRC)；(4)將D'與余數(shù)相加后傳輸。循環(huán)冗余校驗3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理循環(huán)冗余校驗CRC(CyclicRedun51數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：例：已知要發(fā)送的數(shù)據(jù)D=1100,生成碼G=1011（冗余碼位數(shù)3），其對應(yīng)的二進制序列分別為D=23+22，G=23+21+1。如果以x代替基數(shù)2，則對應(yīng)的多項式為：D(x)=x3+x2G(x)=x3+x+1首先把D(x)與G(x)的最高次項相乘（x3），得：D'(x)=x3D(x)=x3(x3+x2)=x6+x53.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：352數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：接著，用生成多項式G(x)去除D'(x)(在這里應(yīng)注意采用了模2運算法則)，得：3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：353數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：得到余數(shù)為x,即循環(huán)冗余碼為010（注意為3位）。把D‘(x)加上余數(shù)，這就是發(fā)送出去的全部信息F(x):F(x)=D’(x)+x=x6+x5+x

即待發(fā)送碼字為1100010。

3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：354數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制在接收端的校驗方法如下：(1)用與發(fā)送端相同的多項式G去除所接收到的D'+余數(shù)；(2)如果能除盡，表示無差錯；去掉余數(shù)后，得到數(shù)據(jù);(3)如果除不盡，說明有差錯，按一定規(guī)則進行糾錯或請求重發(fā)。循環(huán)冗余校驗3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理在接收端的校驗方法如下：循環(huán)冗余校驗3.差55數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制輸入數(shù)據(jù)D移位D’附加CRCD’+余數(shù)產(chǎn)生CRCD’/G的余數(shù)CRC校驗D’+余數(shù)/G判斷余數(shù)=0？輸出數(shù)據(jù)D正確接收余數(shù)=0非正確接收余數(shù)≠0發(fā)送端接收端傳輸循環(huán)冗余校驗3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理輸入數(shù)據(jù)移位附加CRC產(chǎn)生CRCCRC校驗判斷輸56數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制生成多項式應(yīng)滿足的條件：生成多項式是(xn+1)的(n-k)次因式(模2運算法則)例如：n=7,k=3X7+1=(x+1)(x3+x2+1)(x3+x+1)滿足條件的多項式有兩個：(x+1)(x3+x2+1)=x4+x2+x+1(x+1)(x3+x+1)=x4+x3+x2+1循環(huán)冗余校驗3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理生成多項式應(yīng)滿足的條件：例如：n=7,57數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制目前應(yīng)用比較廣泛的生成多項式有：

CRC-CCITT:G(X)=X16+x12+x5+1CRC-16:G(X)=X16+x15+x2+1CRC-12:G(X)=X12+x11+x3+x2+x+1CRC-32:G(X)=X32+x26+x23+x22+x16+x12+x11

+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1循環(huán)冗余校驗3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理目前應(yīng)用比較廣泛的生成多項式有：CRC-58數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制連發(fā)校驗連發(fā)校驗是把同一數(shù)據(jù)連發(fā)兩次，在接收端比較這兩次的數(shù)據(jù)是否相同，如果不同，則說明傳輸出錯。由于連發(fā)會導致傳輸效率下降，所以有時只把一些重要數(shù)據(jù)連發(fā)?；厮托ｒ灮厮托ｒ灳褪窃诮邮斩私邮諅鬏敂?shù)據(jù)的同時，將傳輸數(shù)據(jù)送回發(fā)送端，由發(fā)送端校驗發(fā)送的數(shù)據(jù)和送回的數(shù)據(jù)是否一致。如果不一致，說明傳輸出錯，由發(fā)送端將數(shù)據(jù)再重發(fā)一次。3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理連發(fā)校驗回送校驗3.差錯控制方法59數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——概述工業(yè)控制局域網(wǎng)特點(1)具有快速實時響應(yīng)能力一般：0.01~0.5s以內(nèi)，較高：10ms；(2)具有極高的可靠性數(shù)據(jù)傳送誤碼率低于10-11-10-8。因此，除采取各種信號處理和傳輸技術(shù)，還采用雙網(wǎng)冗余方式。(3)適合在惡劣環(huán)境下工作要能抗電源干擾、電磁干擾、雷擊干擾、地電位差干擾等。(4)分層結(jié)構(gòu)需要把整個通信系統(tǒng)的功能分成若干個層次去實現(xiàn)。每一個層次就是一個通信子網(wǎng)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工業(yè)控制局域網(wǎng)特點(1)具有快速實時響應(yīng)60數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——概述通信子網(wǎng)的特征通信子網(wǎng)具有自己的地址結(jié)構(gòu)。通信子網(wǎng)相連可以采用自己的專用通信協(xié)議。一個通信子網(wǎng)可以通過接口與其他網(wǎng)絡(luò)相連，實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備相互通信。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通信子網(wǎng)的特征通信子網(wǎng)具有自己的地址結(jié)構(gòu)。61數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——概述DCS中的幾種通信(1)現(xiàn)場設(shè)備和中央控制室設(shè)備（現(xiàn)場總線網(wǎng)關(guān)或接口或控制器）之間的通信。(2)基本控制單元內(nèi)的I/O設(shè)備與處理器之間的通信。(3)同一控制機柜中基本控制單元之間的通信。(4)不同過程控制站之間及與人機接口之間的通信（即運行員站與過程控制站、過程控制站與過程控制站之間）。(5)人機接口之間的通信（每個人機接口添加獨立的網(wǎng)卡形成獨立的網(wǎng)絡(luò)）。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DCS中的幾種通信(1)現(xiàn)場設(shè)備和中央控62數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高層人機接口中央計算機通信接口4通信系統(tǒng)高層人機接口通信接口1通信接口2通信接口3BCUBCUBCUBCUBCUBCUBCUBCUBCU廠級子網(wǎng)控制室子網(wǎng)機柜子網(wǎng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一(1)機柜子網(wǎng)基本控制單元之間。(2)廠級子網(wǎng)控制室設(shè)備與控制機柜中的設(shè)備之間。(3)控制室子網(wǎng)高層設(shè)備之間。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高層中央通信接口4通63數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高層人機接口中央計算機通信系統(tǒng)高層人機接口通信接口1通信接口2通信接口3BCUBCUBCUBCUBCUBCUBCUBCUBCU廠級子網(wǎng)后端子網(wǎng)局部子網(wǎng)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)二(1)局部子網(wǎng)子系統(tǒng)內(nèi)或基本控制單元之間。(2)廠級子網(wǎng)高層設(shè)備與局域子網(wǎng)之間。(3)后端子網(wǎng)高層設(shè)備之間。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高層中央通信系統(tǒng)高64數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——拓撲結(jié)構(gòu)有源交換設(shè)備星型總線型環(huán)形節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點有源交換設(shè)備節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點無源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點節(jié)點網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有源星型總線型環(huán)形節(jié)點節(jié)點65通信協(xié)議——概述通信協(xié)議

數(shù)據(jù)傳輸過程進行管理的規(guī)則被稱為協(xié)議。協(xié)議的分層

信號層

媒介、機構(gòu)和控制手段。語言層語言的種類、詞意、語法，等等。知識層專業(yè)知識、基本概念以及理解能力。通信協(xié)議通信協(xié)議66通信協(xié)議——參考模型物理層：電氣和機械特性。鏈路層：鏈路使用權(quán)分配，信息格式，檢錯糾錯方式。

網(wǎng)絡(luò)層：信息傳輸路徑選擇。傳輸層：信息傳輸任務(wù)完成確認。會話層：通信任務(wù)啟動/停止。表達層：信息格式轉(zhuǎn)換。應(yīng)用層：召喚底層協(xié)議為其服務(wù)。OSI參考模型通信協(xié)議物理層：電氣和機械特性。OSI參考模型67通信協(xié)議——物理層協(xié)議規(guī)定了以下四方面特性機械特性

可接插連接器的形狀尺寸、引腳數(shù)量與排列等。功能特性

規(guī)定物理接口上各條信號線功能分配和確切定義。電氣特性

規(guī)定在物理連接器上傳輸二進制比特流時線路上信號電平的高低、阻抗及阻抗匹配、傳輸速率和傳輸距離限制。過程特性

規(guī)定信號之間的工作規(guī)則和時序。通信協(xié)議規(guī)定了以下四方面特性機械特性68通信協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議鏈路層主要功能(1)對鏈路的使用進行控制。(2)組成具有確定格式的信息幀。鏈路控制方法(1)時間分割多路送取法(2)查詢法(3)令牌法(4)載波監(jiān)聽多路送取/沖突檢測法(5)擴展環(huán)型法通信協(xié)議鏈路層主要功能(1)對鏈路的使用進行控制。鏈路控制方69通信協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議時間分割多路送取法時間分割多路送取法又稱TDMA(TimeDivisionMultiplexAccess)法，這種方法用于總線型網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)中有一個總線控制器，它負責把時鐘脈沖送到網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點上。每個節(jié)點有一個預先分配好的時間槽，在給定的時間槽里它可以發(fā)送信息。在某些系統(tǒng)中，時間槽的分配不是固定不變而是動態(tài)進行的。盡管這種方法很簡單，但它不能實現(xiàn)節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)的快速送取，也不能有效地處理在短時間內(nèi)涌出的大量信息。另外，這種方法需要總線控制器。如果不采取一定的冗余措施，總線控制器的故障就會造成整個通信系統(tǒng)的癱瘓。鏈路控制方法通信協(xié)議時間分割多路送取法時間分割多路送取法又稱TDM70通信協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議查詢法查詢(Polling)法既可用于總線型網(wǎng)絡(luò)，也可以用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。查詢法與TDMA法一樣，也要有一個網(wǎng)絡(luò)控制器。網(wǎng)絡(luò)控制器按照一定的次序查詢網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點，看看它們是否要求發(fā)送信息。如果節(jié)點不需要發(fā)送信息，網(wǎng)絡(luò)控制器就轉(zhuǎn)向下一個節(jié)點。由于不發(fā)送信息的節(jié)點基本上不占用時間，所以這種方法比TDMA法的通信效率高。然而，它也存在著與TDMA方法同樣的一些缺點：訪問速度慢、可靠性差，等等。鏈路控制方法通信協(xié)議查詢法查詢(Polling)法既可用于總線型71通信協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議令牌(Token)法用于總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。在這種協(xié)議中，令牌是一個特定的信息，例如，用二進制序列11111111來表示。令牌按照預先確定的次序，從網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點傳到下一個節(jié)點，并且循環(huán)進行。只有獲得令牌的節(jié)點才能發(fā)送信息。同前兩種方法相比，令牌法的最大優(yōu)點在于它不需要網(wǎng)絡(luò)控制器，因此可靠性比較高。這種方法的主要問題是，某一個節(jié)點故障或受到干擾，會造成令牌丟失。所以必須采用一定的措施來及時發(fā)現(xiàn)令牌丟失，并且及時產(chǎn)生一個新的令牌，以保證通信系統(tǒng)的正常工作。令牌法是IEEE802局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)標準所規(guī)定的送取協(xié)議之一。令牌法鏈路控制方法通信協(xié)議令牌(Token)法用于總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。在這72通信協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議又稱為CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)法。這種方法用于總線型網(wǎng)絡(luò)，它的工作原理類似一個共用電話網(wǎng)絡(luò)。打電話的人(相當于網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點)首先聽一聽線路是否被其他用戶占用。如果未被占用，他就可以開始講話，而其他用戶都處于受話狀態(tài)。他們同時收到了講話聲音，但只有與講話內(nèi)容有關(guān)的人才將信息記錄下來。如果有兩個節(jié)點同時送出了信息，那么通過檢測電路可以發(fā)現(xiàn)這種情況，這時，兩個節(jié)點都停止發(fā)送，隨機等待一段時間后再重新發(fā)送。隨機等待的目的是使每個節(jié)點的等待時間能夠有所差別，以免在重發(fā)時再次發(fā)生碰撞。載波監(jiān)聽多路送取/沖突檢測法鏈路控制方法通信協(xié)議又稱為CSMA/CD(CarrierSen73通信協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議擴展環(huán)型(RingExpansion)法僅用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)。當采用這種方法時，準備發(fā)送信息的節(jié)點不斷監(jiān)視著通過它的信息流，一旦發(fā)現(xiàn)信息流通過完畢，它就把要發(fā)送的信息送上網(wǎng)絡(luò)，同時把隨后進入該節(jié)點的信息存入緩沖器。當信息發(fā)送完畢之后，再把緩沖器中暫存的信息發(fā)送出去。這種方法的特點是允許環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點同時發(fā)送信息，因此提高了通信網(wǎng)絡(luò)的利用率。擴展環(huán)型法鏈路控制方法通信協(xié)議擴展環(huán)型(RingExpansion)法僅用74通信協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)送取控制協(xié)議網(wǎng)絡(luò)類型優(yōu)點缺點時間分割/多路送取總線型結(jié)構(gòu)簡單通信效率低，總線控制器需要冗余查詢式總線型或環(huán)型結(jié)構(gòu)簡單比TDMA法效率高網(wǎng)絡(luò)送取分配情況可預先確定網(wǎng)絡(luò)控制器需要冗余，送取速度低令牌式總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)送取分配情況可預先確定，無網(wǎng)絡(luò)控制器，可以在大型總線網(wǎng)絡(luò)中使用

在丟失令牌時，必須有重發(fā)令牌的措施載波監(jiān)聽/多路送取/沖突檢測總線型無網(wǎng)絡(luò)控制器實現(xiàn)比較簡單在長距離網(wǎng)絡(luò)中效率下降，網(wǎng)絡(luò)送取時間是不確定的擴展環(huán)型環(huán)型無網(wǎng)絡(luò)控制器能支持多路信息同時傳輸只能用于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)鏈路控制方法通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)送取網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點缺點時間分割總線型結(jié)構(gòu)簡單通75通信協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議總結(jié)：封建式民主式自由式時間分割/多路送取

查詢法令牌式

載波監(jiān)聽/多路送取/沖突檢測

擴展環(huán)型

鏈路控制方法通信協(xié)議總結(jié)：時間分割/多路送取查詢法令牌式載波監(jiān)聽/多76通信協(xié)議——網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議(1)路徑選擇與中繼(2)網(wǎng)絡(luò)流量控制(3)網(wǎng)絡(luò)連接建立與管理主要功能BCADGFEIJH312562810242673110434通信協(xié)議(1)路徑選擇與中繼主要功能BCADGFEIJH3177通信協(xié)議——網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要處理通信網(wǎng)絡(luò)中的路徑選擇問題。另外，它還負責子網(wǎng)之間的地址變換。已有的一些標準協(xié)議(例如，CCITTX..25)可以支持網(wǎng)絡(luò)層的通信，然而，由于成本很高，結(jié)構(gòu)復雜，所以在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一般不采用具有可選路徑的通信網(wǎng)絡(luò)。比較常用的是具有冗余的總線型或環(huán)型網(wǎng)絡(luò)，在這些網(wǎng)絡(luò)中不存在通信路徑的選擇問題，因此網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的作用只是在主通信線路故障時，讓備用通信線路繼續(xù)工作。工業(yè)應(yīng)用通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議主要處理通信網(wǎng)絡(luò)中的路徑選擇問題。另外78通信協(xié)議——傳輸層和會話層協(xié)議在工業(yè)過程控制所用的通信系統(tǒng)中，為了簡單起見，常常把傳輸層和會話層協(xié)議合在一起。這兩層協(xié)議確定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯臃椒ê屯Ｖ狗椒?，以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸所需要的其他信息。在分散控制系統(tǒng)中，可以把通信系統(tǒng)的作用看成是一種數(shù)據(jù)庫更新作用，它不斷地把其他節(jié)點的信息傳輸?shù)叫枰@些信息的節(jié)點中去，相當于在整個系統(tǒng)中建立了一個為多個節(jié)點所共享的分布式數(shù)據(jù)庫。更新數(shù)據(jù)庫的功能是在傳輸層和會議層協(xié)議中實現(xiàn)的。主要功能通信協(xié)議在工業(yè)過程控制所用的通信系統(tǒng)中，為了簡單起見79通信協(xié)議——傳輸層和會話層協(xié)議數(shù)據(jù)庫更新方法

查詢法廣播法例外報告法通信協(xié)議數(shù)據(jù)庫更新方法查詢法80通信協(xié)議——傳輸層和會話層協(xié)議查詢法

需要信息的節(jié)點周期性地查詢其他節(jié)點，如果其他節(jié)點響應(yīng)了查詢，則開始進行數(shù)據(jù)交換。由其他節(jié)點返回的數(shù)據(jù)中包含了確認信號，它說明被查詢的節(jié)點已經(jīng)接收到了請求信號，并且正確地理解了信號的內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫更新方法通信協(xié)議查詢法需要信息的節(jié)點周期性地查詢其他節(jié)81通信協(xié)議——傳輸層和會話層協(xié)議

廣播法類似于廣播電臺發(fā)送播音信號。含有信息的節(jié)點向系統(tǒng)中其他所有節(jié)點廣播自己的信息，而不管其他節(jié)點是否需要這些信息。在某些系統(tǒng)中，信息的接收節(jié)點發(fā)出確認信號，也有些系統(tǒng)不發(fā)確認信號。廣播法數(shù)據(jù)庫更新方法通信協(xié)議廣播法類似于廣播電臺發(fā)送播音信號。82通信協(xié)議——傳輸層和會話層協(xié)議

在這種方法中，節(jié)點內(nèi)有一個信息預定表，這個表說明有哪些節(jié)點需要這個節(jié)點中的信息。當這個節(jié)點內(nèi)的信息發(fā)生了一定量的(常常把這個量稱為例外死區(qū))變化時，它就按照預定表中的說明去更新其他節(jié)點的數(shù)據(jù)，一般，收到信息的節(jié)點要回送確認信號。例外報告法數(shù)據(jù)庫更新方法通信協(xié)議在這種方法中，節(jié)點內(nèi)有一個信息預定表，這83通信協(xié)議——高層協(xié)議

所謂高層協(xié)議，是指表達層和應(yīng)用層協(xié)議，用來實現(xiàn)低層協(xié)議與用戶之間接口所需要的一些內(nèi)務(wù)操作。高層協(xié)議的重要作用之一就是區(qū)別信息的類型，并確定它們在通信系統(tǒng)中的優(yōu)先級。根據(jù)優(yōu)先級順序，高層協(xié)議可以對信息進行分類，并且把最高優(yōu)先級的信息首先傳輸給較低層的協(xié)議。要實現(xiàn)這一點是很困難的，在技術(shù)復雜性和成本上都存在一定的問題，目前為止，分散控制系統(tǒng)還沒有采用具有優(yōu)先級結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)。因此，為了使各種信息都能順利地通過通信系統(tǒng)，并且不產(chǎn)生過多的時間延遲，通信系統(tǒng)中的實際通信量必須遠遠小于通信系統(tǒng)的極限通信能力。主要功能通信協(xié)議所謂高層協(xié)議，是指表達層和應(yīng)用層協(xié)議，用84通信協(xié)議——高層協(xié)議通信系統(tǒng)的優(yōu)先級結(jié)構(gòu)

(1)同步信號；(2)跳閘和保護信號；(3)過程變量報警；(4)運行員改變給定值或切換運行方式的指令；(5)過程變量；(6)組態(tài)和參數(shù)調(diào)整指令；(7)記錄和長期歷史數(shù)據(jù)存儲信息。通信協(xié)議通信系統(tǒng)的優(yōu)先級結(jié)構(gòu)(1)同步信號；85網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互聯(lián)方式

(1)中繼器(Repeater)方式 當多個網(wǎng)絡(luò)具有共同的特性時，在物理層采用中繼器即可實現(xiàn)互連。(2)網(wǎng)橋(Bridge)方式當相連網(wǎng)絡(luò)具有相同邏輯鏈路控制協(xié)議，但采用不同的介質(zhì)存取控制協(xié)議時。對幀的格式不加修改，要設(shè)置足夠大的緩沖區(qū)，還必須具備尋址和路由選擇的智能。網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互聯(lián)方式(1)中繼器(Repeater)86網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互聯(lián)方式

(3)網(wǎng)關(guān)(Gateway)方式當連接不同類型而協(xié)議差別又較大的網(wǎng)絡(luò)時，則要選用網(wǎng)關(guān)設(shè)備。網(wǎng)關(guān)的功能體現(xiàn)在OSI模型的最高層，它將協(xié)議進行轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)重新分組，以便在兩個不同類型的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間進行通信。網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互聯(lián)方式(3)網(wǎng)關(guān)(Gateway)方式87第二章

數(shù)據(jù)通信《分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)》課件第二章

數(shù)據(jù)通信《分散控制系統(tǒng)與現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)》課件88什么是通信？

通信就是信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍倪^程。什么是通信？通信就是信息從一處傳輸?shù)搅硪惶幍倪^程。89通信系統(tǒng)的基本組成發(fā)送裝置接收裝置信道信息發(fā)送裝置將信息送上信道，信息由信道傳送給接收裝置。通信系統(tǒng)的基本組成發(fā)送裝置接收裝置信道信息發(fā)送裝置90數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語數(shù)據(jù)信息

具有一定編碼、格式和字長的數(shù)字信息被稱為數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)信息91數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語傳輸速率信道在單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘俊Ｒ话阋悦棵腌娝軌騻鬏數(shù)谋忍財?shù)來表示，常記為bps或b/s。數(shù)據(jù)通信原理傳輸速率92數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語傳輸方式

單工(Simplex)方式

信息只能沿單方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工方式

半雙工(Halfduplex)方式

信息可以沿著兩個方向傳輸，但在某一時刻只能沿一個方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為半雙工方式，全雙工(Fullduplex)方式

信息可以同時沿著兩個方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為全雙工方式

數(shù)據(jù)通信原理傳輸方式單工(Simplex)方式93數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語發(fā)送裝置接收裝置單向信道發(fā)送裝置接收裝置單向信道發(fā)送裝置接收裝置雙向信道單工(Simplex)方式

半雙工(Halfduplex)方式

全雙工(Fullduplex)方式

數(shù)據(jù)通信原理發(fā)送裝置接收裝置單向信道發(fā)送裝置接收裝置單94數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸計算機中的信息是以二進制形式存在的，這些二進制信息可以用一系列的脈沖信號來表示，所謂基帶傳輸，就是直接將這些脈沖信號通過信道進行傳輸。載帶傳輸基帶傳輸不適用于遠距離數(shù)據(jù)傳輸。當傳輸距離較遠時，需要進行調(diào)制。用基帶信號調(diào)制載波之后，在信道上傳輸調(diào)制后的載波信號，這就是載帶傳輸。

數(shù)據(jù)通信原理基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸基帶傳輸95數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸寬帶傳輸

如果要在一條信道上同時傳送多路信號，各路信號可以不同的載波頻率加以區(qū)別，每路信號以載波頻率為中心占據(jù)一定的頻帶寬度，整個信道的帶寬為各路載波信號所分享，實現(xiàn)多路信號同時傳輸，這就稱之為寬帶傳輸。

數(shù)據(jù)通信原理基帶傳輸、載帶傳輸與寬帶傳輸寬帶傳輸96數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語發(fā)送裝置接收裝置信道

基帶傳輸

發(fā)送裝置接收裝置信道

載帶傳輸

發(fā)送裝置接收裝置信道

寬帶傳輸

數(shù)據(jù)通信原理發(fā)送裝置接收裝置信道基帶傳輸發(fā)送裝置接收裝97數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語異步傳輸與同步傳輸異步傳輸

在異步傳輸中，信息以字符為單位進行傳輸，每個信息字符都具有自己的起始位和停止位，一個字符中的各個位是同步的，但字符與字符之間的時間間隔是不確定的。數(shù)據(jù)通信原理異步傳輸與同步傳輸異步傳輸98數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語異步傳輸與同步傳輸同步傳輸在同步傳輸中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊為單位進行傳輸?shù)?。通信系統(tǒng)中有專門用來使發(fā)送裝置和接收裝置保持同步的時鐘脈沖，使兩者以同一頻率連續(xù)工作，并且保持一定的相位關(guān)系。在這一組數(shù)據(jù)或一個報文之內(nèi)不需要啟停標志，所以可以獲得較高的傳輸速度。

數(shù)據(jù)通信原理異步傳輸與同步傳輸同步傳輸99數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語串行傳輸與并行傳輸串行傳輸串行傳輸是把構(gòu)成數(shù)據(jù)的各個二進制位依次在信道上進行傳輸?shù)姆绞?；并行傳輸并行傳輸是把?gòu)成數(shù)據(jù)的各個二進制位同時在信道上進行傳輸?shù)姆绞健?shù)據(jù)通信原理串行傳輸與并行傳輸串行傳輸100數(shù)據(jù)通信原理——基本概念及術(shù)語串行傳輸與并行傳輸發(fā)送裝置接收裝置串行傳輸

10010100

并行傳輸

發(fā)送裝置接收裝置10010100數(shù)據(jù)通信原理串行傳輸與并行傳輸發(fā)送裝置接收裝置串行傳輸1101數(shù)據(jù)通信原理——二進制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）(1)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸平衡傳輸時，無論0還是1均有規(guī)定的傳輸格式；非平衡傳輸時，只有1被傳輸，而0則以在指定的時刻沒有脈沖信號來表示。(2)根據(jù)對零電平的關(guān)系，信息傳輸可以分為歸零傳輸和不歸零傳輸。歸零傳輸是指在每一位二進制信息傳輸之后均讓信號返回零電平；不歸零傳輸是指在每一位二進制信息傳輸之后讓信號保持原電平不變。數(shù)據(jù)通信原理(1)信息傳輸有平衡傳輸和非平衡傳輸102數(shù)據(jù)通信原理——二進制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）(3)根據(jù)信號的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙極性傳輸。單極性是指脈沖信號的極性是單方向的，雙極性是指脈沖信號有正和負兩個方向。數(shù)據(jù)通信原理(3)根據(jù)信號的極性，信息傳輸分為單極性傳輸和雙103數(shù)據(jù)通信原理——二進制數(shù)據(jù)的表示方法（基帶傳輸）tttttttt11111000時鐘脈沖數(shù)據(jù)(a)(b)(c)(d)(e)(f)平衡、歸零、雙極性；平衡、歸零、單極性；平衡、不歸零、單極性；非平衡、歸零、雙極性；非平衡、歸零、單極性；非平衡、不歸零、單極性；

數(shù)據(jù)通信原理tttttttt11111000時鐘脈沖(a)(104數(shù)據(jù)通信原理——二進制數(shù)據(jù)的表示方法（載帶傳輸）調(diào)幅；1tttt1100(a)(b)(c)數(shù)據(jù)調(diào)頻；調(diào)相

數(shù)據(jù)通信原理調(diào)幅；1tttt1100(a)(b)(c)數(shù)據(jù)調(diào)105數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式數(shù)據(jù)交換線路交換報文交換分組交換虛電路數(shù)據(jù)報存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換數(shù)據(jù)通信原理數(shù)據(jù)交換線路交換報文交換分組交換虛電路數(shù)據(jù)報存儲106數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式線路交換通信過程：(1)線路建立(2)數(shù)據(jù)通信(3)線路拆除

1.線路交換方式

數(shù)據(jù)通信原理線路交換通信過程：1.線路交換方式107數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)

M1M2

M1M2M2

M1

M12.存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

（1）報文交換方式數(shù)據(jù)通信原理存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)M1M2M1108數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式12ABYXIIIIIIIVABYXIIIIIIIVABYXIIIIIIIV121212連接建立數(shù)據(jù)傳輸連接釋放2.存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

（2）報文分組交換方式-虛電路方法數(shù)據(jù)通信原理12ABYXIIIIIIIVABYXIIIIII109數(shù)據(jù)通信原理——數(shù)據(jù)交換方式1243124342341314243112432.存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

（2）報文分組交換方式-數(shù)據(jù)報方法數(shù)據(jù)通信原理124312434234131424311243110數(shù)據(jù)通信原理——信道

所謂信道，系指發(fā)送裝置和接收裝置之間的信息傳輸通路，它包括傳輸介質(zhì)和有關(guān)的中間設(shè)備。

數(shù)據(jù)通信原理所謂信道，系指發(fā)送裝置和接收裝置111數(shù)據(jù)通信原理——信道雙絞線同軸電纜光纜無線傳輸（無線電波，微波，紅外線）1.傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通信原理雙絞線1.傳輸介質(zhì)112數(shù)據(jù)通信原理——信道1.傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜數(shù)據(jù)通信原理1.傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纜113數(shù)據(jù)通信原理——信道1.傳輸介質(zhì)發(fā)送端接收端無線電波地表面發(fā)送端接收端大氣層中的電離層地表面（a）（b）無線電波數(shù)據(jù)通信原理1.傳輸介質(zhì)發(fā)送端接收端無線電波地表面發(fā)送端接收114數(shù)據(jù)通信原理——信道1.傳輸介質(zhì)微波微波地表面數(shù)據(jù)通信原理1.傳輸介質(zhì)微波微波地表面115數(shù)據(jù)通信原理——信道傳輸距離（km）傳輸速率（Mbps）0.010.11100.010.1110雙絞線同軸電纜光纜1.傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)通信原理傳輸距離（km）傳輸速率0.010.11100.116數(shù)據(jù)通信原理——信道雙絞線：連接特別簡單，只要通過普通的接線端子就可以把各種設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，不需要任何專用設(shè)備。同軸電纜一般要通過專用的“Ｔ”形連接器進行連接。這種連接器類似于閉路電視中的連接器，構(gòu)造比較簡單，而且已經(jīng)形成了一系列的標準件，應(yīng)用起來十分方便。2.連接方式數(shù)據(jù)通信原理雙絞線：2.連接方式117Pin光電二極管選擇開關(guān)LED光二極管+12345光脈沖輸入接收電路發(fā)送數(shù)據(jù)控制信號光脈沖輸出數(shù)據(jù)通信原理——信道光纜2.連接方式Pin光電二極管選擇LED光二極管+12345光脈沖輸入接發(fā)118數(shù)據(jù)通信原理——信道光纜光脈沖輸入信號經(jīng)pin光電二極管轉(zhuǎn)換為低電平的電壓信號。這個信號經(jīng)放大器1、2放大后再經(jīng)過發(fā)光二極管LED轉(zhuǎn)換為光脈沖信號輸出。放大器1輸出的信號還經(jīng)過放大器3送往接收電路。當發(fā)送數(shù)據(jù)時，選擇開關(guān)切換到下面，通過放大器4發(fā)送數(shù)據(jù)?？刂菩盘柾ㄟ^驅(qū)動器5控制選擇開關(guān)的切換。2.連接方式數(shù)據(jù)通信原理光纜2.連接方式119數(shù)據(jù)通信原理——信道介質(zhì)特點項目雙絞線同軸電纜光纜傳輸線價格較低較高較高連接器件和支持電路的價格低較低高抗干擾能力如采用屏蔽措施，則比較好很好特別好標準化程度高較高低敷設(shè)簡單稍復雜簡單連接同普通導線一樣簡單需要專用的連接器需要很復雜的連接器件和連接工藝適用于網(wǎng)絡(luò)類型環(huán)形或總線型網(wǎng)絡(luò)總線型或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)主要用于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境的適應(yīng)性較好較好特別好，耐高溫，適用于惡劣環(huán)境數(shù)據(jù)通信原理介質(zhì)雙絞線傳輸線價格較低較高120數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制1.差錯控制的概念

分散控制系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)是在條件比較惡劣的工業(yè)環(huán)境下工作的，因此，在信息傳輸過程中，各種各樣的干擾可能造成傳輸錯誤。這些錯誤輕則會使數(shù)據(jù)發(fā)生變化，重則會導致生產(chǎn)過程事故。因此必須采取一定的措施來檢測錯誤并糾正錯誤，把檢錯和糾錯統(tǒng)稱為差錯控制。

數(shù)據(jù)通信原理1.差錯控制的概念121數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制2.傳輸錯誤及可靠性指標

突發(fā)錯誤突發(fā)錯誤是由突發(fā)噪聲引起的，其特征是誤碼連續(xù)成片出現(xiàn)。隨機錯誤

隨機錯誤是由隨機噪聲引起的，它的特征是誤碼與其前后的代碼是否出錯無關(guān)。

可靠性指標：誤碼率

誤碼率（Pe）=出錯的碼元數(shù)／傳輸?shù)目偞a元數(shù)數(shù)據(jù)通信原理2.傳輸錯誤及可靠性指標122數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制垂直奇偶校驗在發(fā)送端檢錯由發(fā)送端重發(fā)在接收端校驗附加比特根據(jù)應(yīng)答，由發(fā)送端重發(fā)水平奇偶校驗矩陣奇偶校驗累加和校驗漢明碼校驗循環(huán)碼校驗其它編碼校驗回送比較回送校驗字符并列傳輸重復傳輸檢錯碼糾錯碼回送連發(fā)傳輸信息中附加冗余度的方法傳輸方法中附加冗余度的方法在接收端校驗附加比特自己糾錯在接收端檢錯由發(fā)送端重發(fā)3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理垂直奇偶校驗在發(fā)送端檢錯由發(fā)送端重發(fā)在接收端校驗1230101010011001數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制接收端發(fā)送端001110接收端發(fā)送端0011100110011001接收端發(fā)送端001110011001100113.差錯控制方法0101010011001數(shù)據(jù)通信原理接收端發(fā)送端00111124數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制碼組、碼字、分組碼、編碼率的概念設(shè)一組信息的字長是k位，則這組信息可以有2k個狀態(tài)。如果在信息后面按一定規(guī)則附加r個冗余位，則可組成長度為n=k+r的二進制序列，稱之為碼組。碼組共有2n個狀態(tài)，其中有2k個是有用的狀態(tài)，即合法信息，其余的是無用的冗余狀態(tài)，即非法信息。每個狀態(tài)稱為一個碼字，這些碼字的集合稱為分組碼，記為(n，k)。k與n的比值稱為編碼率，用R表示。R越大，有用信息所占的比重就越大，信息的傳輸效率越高，但信息的冗余度就越小，差錯控制的能力就越弱。3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理碼組、碼字、分組碼、編碼率的概念3.差錯控制方法125數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明距離

由前可知，如果讓信息的合法狀態(tài)之間有很大的差別，那么一種合法信息錯成另一合法信息的可能性就會大大減小。對于兩個長度相同的二進制序列來說，它們之間的差別可以用兩個序列之間對應(yīng)位取值的不同來衡量，取值不同的值的個數(shù)稱為漢明(Hamming)距離，用字母d表示。

例如在前面的例子中，c1=000，c2=111，這兩個序列之間的漢明距離為d(c1，c2)=3

。在一個分組碼中，碼字之間的最小漢明距離是很重要的參數(shù)，最小漢明距離越大，說明碼字之間的差別就越大，一個碼字錯成另一個碼字的可能性就越小。

3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明距離3.差錯控制方法126數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制000111x1x2x3x3x2x10010111011000101103.差錯控制方法漢明距離的幾何表示

數(shù)據(jù)通信原理000111x1x2x3x3x2x100101127數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制奇偶校驗：垂直奇偶校驗設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗位如下（采用偶校驗）：

worldx111000x211100x311011x401010x510100x611111x711111xc000013.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理奇偶校驗：垂直奇偶校驗worldx111000x128數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制奇偶校驗：水平奇偶校驗設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗位如下（采用偶校驗）：worldxcx1110000x2111001x3110110x4010100x5101000x6111111x71111113.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理奇偶校驗：水平奇偶校驗worldxcx11100129數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制奇偶校驗：矩陣奇偶校驗設(shè)發(fā)送方要發(fā)送單詞(world)，按ASCII編碼，其代碼及校驗位如下（采用偶校驗）：

worldxcx1110000x2111001x3110110x4010100x5101000x6111111x7111111xc0000113.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理奇偶校驗：矩陣奇偶校驗worldxcx11100130數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗

漢明(Hamming)校驗是在奇偶校驗的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，漢明校驗不像奇偶校驗?zāi)菢觾H設(shè)置一位校驗碼，而是設(shè)置若干位校驗碼，其中每個校驗位有一定的校驗范圍。例如，設(shè)被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為x1(僅1位)，如果采用漢明校驗碼，則需附加2位校驗位，記為xc1、xc2。由于、可以組合成四種狀態(tài)，故可用其中的一種狀態(tài)表示無錯，其他三種狀態(tài)分別表示x1、xc1、xc2出錯。具體實現(xiàn)方法如下：將x1和xc1編為一組，記為G１，再將x1和xc2編為一組，記為Ｇ２。對每一組都分別進行奇偶校驗(在本例中采用偶校驗)。

3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗3.差錯控制方法131數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗的編組

x1xc1xc2G1G2∨∨∨∨3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗的編組x1xc1xc2132數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗的幾種情況

(1)G1G２=11，說明G1、G２兩組均發(fā)生錯誤，因此可以判定是x1出錯，將取反，就可實現(xiàn)糾錯；(2)G1G２=10，說明只有G1組發(fā)生了錯誤，因此可以判定是xc1出錯，此時是正x1確的，無需糾錯；(3)G1G２=01，說明只有G２組發(fā)生了錯誤，因此可以判定是xc2出錯；同理，x1正確，無需糾錯；(4)G1G２=00，說明G1G２色兩組均正確傳輸，沒有錯誤。

3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗的幾種情況(1)G1133數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗應(yīng)滿足的條件

從上述例子中可以總結(jié)出漢明校驗的能力：若采用r個校驗位，則校驗位可以組成2r種狀態(tài)，用其中的一種狀態(tài)代表無錯，用r種狀態(tài)表示哪一個校驗位出錯，則還有2r-l-r種狀態(tài)信息能用于糾錯。若被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為k位，采用漢明校驗，所附加的校驗位為r，則應(yīng)滿足下式：2r≥k+r+13.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗應(yīng)滿足的條件134數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制漢明校驗的編碼規(guī)則如下：(1)若附加r個冗余校驗位，則可以組成r個校驗組，分別用G1，G2

Gr表示，且每個冗余位一般只參加1個校驗組。(2)每位數(shù)據(jù)必須參加2~r個校驗組，但組合上不應(yīng)重復。(3)如果某位出錯，必使它所參加的校驗組校驗出錯，例如，若x4參加了G２和G６組，當G２和G６校驗出錯，而其他組的校驗正確時，則可判定是x4出錯，只要將其取反，即可糾正。3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理漢明校驗的編碼規(guī)則如下：(1)若附加r個冗余校135數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制當k=11，r=5時，其一種漢明校驗分組如下表所示，如果G1G2G３G４G５=00000，則無錯；若G５=1，說明有一位錯(3位及3位以上錯不討論)，且G1G2G３G４可指出錯誤位置；若G1G2G３G４0，則表示有兩位錯。3.差錯控制方法

x1x2x3x4x5x6x7x8x9x10x11

xc1xc1xc3xc4xc5G1

G2

G3

G4

G5

數(shù)據(jù)通信原理當k=11，r=5時，其一種漢明校驗分組如下136漢明校驗思考題(1)當K=2,…,5,6….時，對應(yīng)的r及編組。(2)當給定一個需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時，試確定冗余位的值。數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制3.差錯控制方法漢明校驗思考題數(shù)據(jù)通信原理3.差錯控制方法137數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制方法循環(huán)冗余校驗CRC(CyclicRedundancyCheck)是在分散控制系統(tǒng)中應(yīng)用較多的一種校驗方法。其校驗碼的生成過程如下：(1)設(shè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)為D，把D與G（稱為生成多項式）的最高次項相乘得到D'(通過移位來實現(xiàn))；

(2)用G(生成多項式)除D；(3)將上一步相除后所得的余數(shù)作為校驗碼(即CRC)；(4)將D'與余數(shù)相加后傳輸。循環(huán)冗余校驗3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理循環(huán)冗余校驗CRC(CyclicRedun138數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：例：已知要發(fā)送的數(shù)據(jù)D=1100,生成碼G=1011（冗余碼位數(shù)3），其對應(yīng)的二進制序列分別為D=23+22，G=23+21+1。如果以x代替基數(shù)2，則對應(yīng)的多項式為：D(x)=x3+x2G(x)=x3+x+1首先把D(x)與G(x)的最高次項相乘（x3），得：D'(x)=x3D(x)=x3(x3+x2)=x6+x53.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：3139數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：接著，用生成多項式G(x)去除D'(x)(在這里應(yīng)注意采用了模2運算法則)，得：3.差錯控制方法數(shù)據(jù)通信原理循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：3140數(shù)據(jù)通信原理——差錯控制循環(huán)冗余校驗下面舉例說明CRC方法的應(yīng)用：得到余數(shù)為x,即循環(huán)冗余碼為0