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)通信的幾個基本概念 1、消息和信息 消息：客觀物質(zhì)運動或主觀思維活動狀態(tài)的一種反映 它通過文字、數(shù)據(jù)、語言、音符、圖片、圖像等不同形式具體來描述 信息：消息中包含的，對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)通信的幾個基本概念 2、數(shù)據(jù)和信號 數(shù)據(jù)：是賦予一定含義的數(shù)字、字母、文字等符號及其組合 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)計數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、

3、測量數(shù)據(jù)及計算機中區(qū)別于程序的計算數(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、處理和傳輸?shù)亩M制數(shù)字編碼。 信號：是攜帶信息的傳輸介質(zhì) 信號是數(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)和計算機技術(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，而使不同地點的數(shù)據(jù)終端實現(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。（擴大信息傳播范圍） 第四階段：電報、電話、廣播。（進入電器時代） 第五階段：信息時代，除語言信息外，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,接收設(shè)備,信宿,消息信號的估計值,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)電路將分布在遠地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理

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（簡稱 DTE）。 數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備: 輸入設(shè)備（如鍵盤、鼠標、掃描儀等） 輸出設(shè)備（顯示器、打印機、傳真機等） 傳輸控制器/通信控制器 為了有效而可靠地進行通信，通信雙方必須按一定的規(guī)程進行，如收發(fā)雙方的同步、差錯控制、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)來完成這些功能，對應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)備輸出的信號變換成適合在傳輸信道中傳輸?shù)男盘?若信道為模擬的，DCE是將數(shù)據(jù)信號變?yōu)槟M信號再傳； 若信道為數(shù)字的，DCE則實現(xiàn)碼型與電平的轉(zhuǎn)換，信道特性均衡，收發(fā)同步時鐘形成，控制接續(xù)的建立、保持和拆斷，維護測試等。 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變換設(shè)備之后形成的二進制比特流通路，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，使雙方確認后方可開始傳輸數(shù)據(jù)的兩個或兩個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才可真正有效的進行數(shù)據(jù)傳輸 ； 數(shù)據(jù)鏈路僅僅操作于相鄰的兩個節(jié)點之間，因此從一個DTE到另一個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 中

8、央計算機系統(tǒng)由通信控制器CCP(或稱前置處理機)、主機及其外圍設(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)是數(shù)據(jù)電路和計算機系統(tǒng)的接口,控制與遠程數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接的全部通信信道,接收遠程DTE發(fā)來的數(shù)據(jù)信號,并向遠程DTE發(fā)送數(shù)據(jù)信號； 中央處理機是由中央處理單元(CPU)、主存儲器、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),在中央處理機的文件中存有可查閱的大量數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)終端查詢時，首先與中央處

9、理機建立數(shù)據(jù)鏈路，然后發(fā)送查詢命令；中央處理機收到查詢命令后進行檢查，根據(jù)檢查結(jié)果調(diào)出相應的程序和數(shù)據(jù)進行處理，并將處理結(jié)果進行必要的編輯，以適應線路傳送和終端接收的形式；最后發(fā)送回終端，作為對查詢的響應。如飛機訂票系統(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首先與中央處理機建立數(shù)據(jù)鏈路，并將要交換的信息送到中央處理機；中央處理機收到該信息后對其進行檢查和處理，并選擇所需要的目的終端B；然后按照接收終端對信息格式的要求對交換信息進行必要的編輯，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)，例如氣象觀測系統(tǒng)，從很多數(shù)據(jù)終端發(fā)來的數(shù)據(jù)被中央處理機收集，收集的數(shù)據(jù)被存入文件中，以備進一步處理。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,按傳輸時鐘分類：同步傳輸和異步傳輸,按信號類型分類：數(shù)字傳輸和模擬傳輸,按傳輸方式分類：單工、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)）采用多線路同時傳輸，每位數(shù)據(jù)各占一條信號線；,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：不需要額外的措施來實現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步； 缺點：必須有多條并行信道，成本比較高，不適宜遠距離傳輸。,適用場合：計算機等設(shè)備內(nèi)部或兩個設(shè)備之間距離比較近時的外線上采用，如計算機到打印機之間的數(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)按位列隊在一條線路上傳輸,優(yōu)點：只需要一條傳輸信道，花費的成本低，易于實現(xiàn) 缺

12、點：速度較低 適用場合：是目前外線上主要采用的一種傳輸方式，通常用于遠距離通信。,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)送方時鐘和接受方的時鐘是否同步，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,在每一個字符的頭、尾各附加一個起始位和終止位，用來指示一個字符的開始和結(jié)束，以實現(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：收發(fā)雙方的時鐘信號不需要精確的同步，實現(xiàn)字符之間同步比較簡單 缺點：對于每個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，比較適合人機之間的通信，如計算機鍵盤與主機，電視機遙控器與電視機之間的通信,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)送方以固定的時鐘節(jié)拍發(fā)送數(shù)據(jù)信號，收方以與發(fā)送端相同的時鐘節(jié)拍接收數(shù)據(jù)。收發(fā)雙方的時鐘信號與傳輸?shù)拿恳晃粐栏駥?，以達到位同步。,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：不需要每字節(jié)都加同步信息，故傳輸效率較高 缺點：必須建立準確的時鐘同步，實現(xiàn)起來比較復雜 適用場合：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，傳輸效率較低，一般不超過75bit/s，稱為反向信道。通常用于遠程數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，例如氣象數(shù)據(jù)

15、的收集）如：計算機與監(jiān)視器及鍵盤、計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸、遙測等。,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)，但同一時刻只能一方發(fā)送，另一方接收。即傳輸信號時占用信道的整個帶寬。如：對講機、使用同一載頻工作的無線電機等。,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，可以在兩個方向上同時進行傳輸。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： 定義：是隨時間連續(xù)變化的電流、電壓 缺點：傳

16、輸距離短，抗干擾性差，中繼放大后噪聲也放大，導致波信號畸形；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：,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：,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：傳輸距離短，抗干擾性差，中繼放大后噪聲也放大，導致波信號畸形；帶寬低 優(yōu)點：價格低,模擬傳輸和數(shù)字傳輸 模擬信號：,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：用不同電平的電信號表示數(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,優(yōu)點：數(shù)據(jù)壓縮 保密性好，支持數(shù)據(jù)加密 智能糾錯 帶寬寬 缺點：器件成本高，對線路要求嚴格,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,信號帶寬 模擬通信中信號的頻率范圍，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年由美國電子工

18、業(yè)協(xié)會聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標準。,全稱：數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間用串行二進制數(shù)據(jù)交換的接口技術(shù)標準。 該標準規(guī)定采用一個25個腳的DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信號的電平加以規(guī)定。,下圖給出了兩個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

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。當連接電纜線的長度不超過15m時，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,機械特性,規(guī)程特性定義了DTE與DCE之間信號產(chǎn)生的時序 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DTE-A要和DTE-B進行通信時，DTE-B將DTR置為有效，同時通過TXD向DCE-A發(fā)送信號。 （2）DCE-B將RI置為有效，通知DTE-B有呼叫信號到達。DTE-B將DTR置為有效，DCE-B接著產(chǎn)生載波信號，并將CTS置為有效，表示已經(jīng)準備好接收數(shù)據(jù)。 （3）DCE-A檢測到載波信號，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，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作為回應信號，將RTS信號置為有效。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，當使用RS232近地連接兩臺計算機時，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接口在儀器中應用時，一般為計算機與儀器之間、兩個儀器之間、儀器內(nèi)部的通信，無需數(shù)據(jù)通信設(shè)備，這時RS

22、232接口可以簡化為三線的連接，僅需要TXD與RXD的交叉連接和地線的連接。,2020/9/2,44,總線是計算機兩個或兩個以上的模塊(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線，主要的信號線有： (1) 數(shù)據(jù)線和地址線 (2) 控制、時序和中斷信號線 (3) 電源線和地線 (4) 備用線 總線標準是指芯片之間、插板之間及系統(tǒng)之間，通過總線進行連接和傳輸信息時，應遵守的一些協(xié)議和規(guī)范，包括硬件和軟件兩個方面。,3.3 總線技術(shù),3.3 總線技術(shù),雖然總線具有共享和擴展特性，但是在總線實現(xiàn)技術(shù)上存在著共享與爭用之間的矛盾。因為共享會帶來爭用，總線工作于爭用基礎(chǔ)之上，因此

23、爭用處理是總線分時共享的基本策略?？偩€設(shè)計主要是為爭用處理進行算法設(shè)計、對各種共享資源的總線占用進行合理的分配。 在各種智能系統(tǒng)中，總線可以看成一個具有獨立功能的組成部件。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行連接，通過總線來實現(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。,是一臺單板計算機或一個插件板的板內(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。,用于微型計算機系統(tǒng)各插件板之間的連接，是微型機系統(tǒng)的最重要的一種總線。系統(tǒng)總線往往也是標準總線，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組成部分，其表現(xiàn)形式是位于主板上的一個個可擴展系統(tǒng)插槽，這些插槽上總線信號是用戶開發(fā)擴展的基礎(chǔ),用于系統(tǒng)之間的連接，如

25、微機系統(tǒng)之間，微機系統(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) 是微型計算機用來傳送地址的信號線，是單向的(從CPU傳向外部存儲器或I/O端口) 。通常用AnA0來表示。 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來表示。數(shù)據(jù)總線是一個字節(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?，也反映了總線的性能。 數(shù)據(jù)總線一般為雙向信號線，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) 控制總線主要用來傳送控制信號和時序信號。 控制信號中，有的是微處理器送往存儲器和輸入輸出設(shè)備接口電路的，如讀/寫信號，片選信號、中斷響應信號等；也有是其它部件反饋給CPU的，比如：中斷申請信號、復位信號、總線請求信號、設(shè)備就緒信號等。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號而定，一般是雙向

27、的，控制總線的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實際控制需要而定。控制總線是總線中最復雜、最靈活、功能最強的一種總線。,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。對于地線，有時候要區(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，總線連接若干個模塊并用于傳送信息。為了讓多個總線主模塊合理、高效地使用總線，就必須在系統(tǒng)中有處理總線競爭的機構(gòu)，這就是總線仲裁器(bus arbiter)。它的任務是響應總線請求，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 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),2020/9/2,56,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基本概念 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）是由部署在監(jiān)

29、測區(qū)域內(nèi)大量廉價微型傳感器節(jié)點通過無線通信方式形成的一個多跳自組織的網(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。 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)域中感知對象的信息,并發(fā)布給觀察者。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織性、低成本、靈活性等優(yōu)點，與傳統(tǒng)的有線監(jiān)測系統(tǒng)相比，它具有耗資小、安裝方便、維護和更新費用低等優(yōu)勢。,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,2020/9/2,57,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常包括大量傳感器節(jié)點，匯聚節(jié)點和監(jiān)控系統(tǒng)。,Internet、衛(wèi)星或移動通信網(wǎng)絡(luò)等,匯聚節(jié)點,監(jiān)測區(qū)域,傳感器節(jié)點,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),2020/9/2,58,3.4 無線

30、傳感器網(wǎng)絡(luò),sensor節(jié)點,發(fā)展歷史第一階段,最早可以追溯二十世紀70年代越戰(zhàn)時期使用的傳統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)。,胡志明小道,胡志明小道,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),熱帶樹,熱帶樹,轟炸機,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),發(fā)展歷史第一階段,感知能力計算能力通信能力,1999年商業(yè)周刊將傳感器網(wǎng)絡(luò)列為二十一世紀最具影響的21項技術(shù)之一 。,二十世紀80年代至90年代之間,3.4 無線傳感器網(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)點帶寬窄，而且經(jīng)常變化 節(jié)點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)最小化算法通信復雜性的機理是我們面臨的第一個挑戰(zhàn)問題！,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),WSN關(guān)鍵技術(shù),多源、多跳是主要通信方式 多個傳感器節(jié)點向一個目標傳送信息 一次多源信息傳輸需要多條由多個傳感器節(jié)點組成的路徑,3.4 無線傳感器網(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挑戰(zhàn)問題！,WSN關(guān)鍵技術(shù),計算能力有限 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器，具有計算能力 處理器性能、存儲器容量和能源都很有限，導致傳感器的計算能力十分有限,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),挑戰(zhàn)之三 如何使用大量具有有限

32、計算能力的傳感器設(shè)計能源有效的高性能分布式算法? 設(shè)計同時最小化能源、時間、空間和通信復雜性的分布式算法是我們面臨的第三個挑戰(zhàn)性問題！,信息安全 根據(jù)無線傳播和網(wǎng)絡(luò)部署特點，攻擊者很容易通過節(jié)點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)溫度和燈光的場景中，部署在室外的無線接收器可以獲取室內(nèi)傳感器發(fā)送過來的溫度和燈光信息;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慣等私密信息。,3.4 無線傳感器網(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挑戰(zhàn)性問題！,WSN關(guān)鍵技術(shù),3.4 無線傳感器網(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),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在氣象儀器中的應用,2020/9/2,67,氣象儀器主要測量的是溫、濕、風、霧、雨等大氣環(huán)境要素, 由于大氣環(huán)境的瞬息萬變及其觀測的特殊要求, 使氣象儀器有另于其他檢測儀器而形成一個獨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： (1)氣象觀測必須具有代表性、準確性和比較性。 (2)高精度、高穩(wěn)定性。 (3)是運行環(huán)境可能十分惡劣。,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),2020/9/2,68,氣象傳感器是氣象儀器中一個特別重要的環(huán)節(jié)。無線傳感器在氣象監(jiān)測方面具有得天獨厚的優(yōu)勢,3

34、.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展新趨勢：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，把任務物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換與通訊，以實現(xiàn)智能化識別、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、計算機、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)實現(xiàn)物與物的信息交換與通信。,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)在氣象行業(yè)信息化中的應用,2020/9/2,70,(1)氣象綜合觀測 物聯(lián)網(wǎng)在自動氣象站行業(yè)中的典型應用：氣象信息的檢測和氣象信息的傳輸，其中最具代表性的

35、就是自動氣象站。由電子設(shè)備或計算機控制的自動進行氣象觀測和資料收集傳輸?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。 自動氣象站兩種形式：有線遙測自動氣象站、無線遙測氣象站。無線遙測氣象站由于其獨特的通信方式目前已經(jīng)成為市場運用主流。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)自動氣象站。極大豐富了我國的氣象探測資料，這些信息對提高氣象預報的精細化、準確率進程提供了保證。目前在江蘇省、山西省等省市都有良好的應用。,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)在氣象行業(yè)信息化中的應用,2020/9/2,71,(2)氣象預警預報信息發(fā)布 無線氣象信息發(fā)布是

36、指通過無線網(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、顯示屏等。根據(jù)國家工業(yè)和信息部公布的最新數(shù)據(jù)，我國手機用戶目前總數(shù)已經(jīng)達到了8.89億，無線信息發(fā)布對擴大氣象信息發(fā)布的人群覆蓋面、增強災害預警能力，對預防氣象災害能力有極大地促進。 物聯(lián)網(wǎng)在預警信息發(fā)布方面的成功應用：福建龍巖氣象局與中國移動福建公司合作搭建了“災害性天氣監(jiān)控預警平臺”，當?shù)貧庀缶帜茉谧疃痰臅r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多個重要天氣監(jiān)測點的物聯(lián)網(wǎng)傳感器，能將采集到的信息通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時傳輸至氣象臺，氣象臺根據(jù)這些信息做出判斷，在災害發(fā)生之前，及時向廣大

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

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

39、 電子巡檢,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),農(nóng)場監(jiān)控中心實時監(jiān)控農(nóng)場信息，耕作者及時了解農(nóng)場溫度、光照度、土壤酸堿度等，以便對農(nóng)作物的生長情況進行控制。,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),智能家居,廠房設(shè)備及 環(huán)境監(jiān)控,精細農(nóng)業(yè) 種植,醫(yī)院病房 電子巡檢,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),監(jiān)測節(jié)點,3.4 無線傳感器網(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，會向房間內(nèi)的節(jié)點發(fā)出信號。,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),智能家居,廠房設(shè)備及 環(huán)境監(jiān)控,精細農(nóng)業(yè) 種植,醫(yī)院病房 電子巡檢,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),3.4 無線傳感器網(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，通知相關(guān)負責人迅速到達故障地點。,3.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò),遠程通信技術(shù)的發(fā)展歷史,2020/9/2,9