Алгоритм работы со стыком С1-И

Вагин Федор Анатольевич,

Евдокимов Александр Владимирович,

Кноль Максим Геннадьевич,

Кноль Дмитрий Геннадьевич,

магистранты Омского государственного технического университета.

Стык – понятие, которое используется для описания совокупности схемотехнических средств и функций, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов систем обработки данных (СОД), сетей, систем передачи данных (СПД), подсистем периферийного оборудования.

Определение «стык» (согласно ГОСТ – 23633-79) – место соединения устройств передачи сигналов данных, входящих в системы передачи данных .

Основное назначение стыков – унификация внутри- и межсистемных, внутри- и межсетевых связей с целью эффективной реализации методов проектирования функциональных элементов (ФЭ) вычислительных систем, СОД и сетей.

Основная функция стыков – обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости между ФЭ систем и сетей.

На стыке С1-И символу «1» входной информационной последовательности соответствует биимпульс 10 или 01, совпадающий с предыдущим, а символу «0» - биимпульс 10 или 01, инверсный по отношению к предыдущему биимпульсу. Другими словами, данный код является относительным, подобно тому, который используется при ОФМ. Относительное кодирование позволяет решить проблему неопределенности фазы биимпульса на приемной стороне. В результате этого стык С1-И не боится ошибок типа «зеркальный прием», или «обратная работа» (инверсия знаков) и переполюсовки контактов физической линии или используемых разъемов .

Алгоритм №1 (С использованием блока захвата)

Реализация данного алгоритма осуществляется по средствам измерения длительности импульсов обрабатываемого сигнала. При использовании микроконтроллерных средств, наименее ресурсоемким способом является использование блока захвата, который запоминает состояние счетчика при возникновении внешнего события, тем самым определяя время его возникновения. В качестве события/событий выступает внешний сигнал.

Алгоритм строится на разбиении входного сигнала на два типа импульсов: длинные и короткие. Выбор типа осуществляется путем сравнения обрабатываемого импульса с рассчитанным для данной скорости эталоном (отношение частоты кварцевого генератора к скорости принимаемого сигнала) длинного и короткого импульса. Под длинным понимается два импульса равной длительности, под коротким – один.

Основной проблемой данного способа является отсутствие равных по длительности однотипных импульсов. Данная проблема объясняется неидеальностью временных характеристик входного сигнала и нестабильностью кварцевого генератора микроконтроллера, следствием этого является невозможность прямого сравнения с эталоном. Решение данной проблемы состоит во введении дополнительной переменной, зависящей от скорости принимаемого сигнала, которая учитывает вероятность неточного подсчета количества тактов в течение импульса.

Использование предделителя таймера-счетчика позволяет сократить количество операций обработки и времени определения типа импульса.

На рисунке 1 приведена иллюстрация алгоритма в виде блок-схемы, в которой используются следующие сокращения:

А. имп. – анализируемый импульс;

Дл. – количество тактов соответствующее длинному импульсу;

Кор. – количество тактов соответствующее короткому импульсу;

Т. бит – значение бита, определенное в соответствии стипами предыдущего и анализируемого импульса;

Сл. бит – бит, следующий за текущим битом;

Погр. – дополнительная переменная, зависящая от скорости принимаемого сигнала, которая учитывает вероятность неточного подсчета количества тактов в течение импульса.

Рис. 1. Иллюстрация алгоритма.

Литература

1. Булатов В.Н. Элементы и узлы информационных и управляющих систем (Основы теории и синтеза): Учебное пособие. – Оренбург: ГОУ ВПО ОГУ, 2002. - 200 с.

2. ГОСТ 23633-79. Стыки в системах передачи данных [Текст]: термины и определения. – Москва: Государственный комитет СССР по стандартам, 1979. – 28 с.

3. ГОСТ 27232-87. Стык в аппаратуры передачи данных с физическими линиями [Текст]: основные параметры. – Москва: Государственный комитет СССР по стандартам, 1987. – 8 с.

Принципы согласования УВВ и систем ПД

Стыки, протоколы, интерфейсы

Способ подключения к линии (каналу) связи определяет эффективность использования, как канала, так и телекоммуникационной системы передачи в целом. К устройствам подключения к линии связи предъявляют ряд требований, согласно норм и параметров ТУ и ДСТУ, а также рекомендаций МСЭ.

Для данного типа канала должен обеспечиваться оптимальный способ передачи:

- Например ,для аналогового канала должен использоваться аналоговый сигнал, но если нужно передать дискретный сигнал по такому каналу, то при этом следует использовать дополнительное преобразование в УПС (модеме).

Рассмотрим простейший доступ к сети интернет,реализация способа передачи цифрового сигнала по телефонному каналу.

Как уже известно спектр сигналов канала постоянного тока занимает полосу от 0 до В/2 Гц (канал постоянного тока –КПТ), а спектр канала тональной частоты (КТЧ) – от 300 до 3400 Гц. Как видно спектры не перекрываются, или перекрываются частично.

Для согласования дискретного сигнала с непрерывным каналом, требуется осуществить преобразование спектра в УПС, путем его переноса (спектра КПТ) в спектр КТЧ, с помощью несущей (колебания) частоты f пр. Модулируя отдельные параметры несущей частоты (амплитуда, частота, фаза) можно передать информацию источников (0 или 1).

Структура преобразования

Такой принцип используется в различным модемах с АМ, ЧМ, ФМ.

- Например , если для передачи используется цифровой канал, то по нему передается импульсный сигнал. При этом часто используют специальное кодирование передаваемого сигнала либо используют УПС с импульсной несущей.

Оконечные периферийные устройства ввода вывода (УВВ) или (АПД) телекоммуникационной системы подключаются к линиям и каналам с помощью унифицированных интерфейсов ввода вывода. Взаимодействие отдельных элементов (узлов) системы осуществляется с помощью стыков, протоколов и интерфейсов.

Интерфейсом – называют устройства сопряжения, а в более строгом толковании – совокупность электрических, механических и программных средств , позволяющих соединять между собой различные устройства. Т.е. интерфейс определяет правила и физическую реализацию между узлами.

Составными частями интерфейса являются: аппаратные и программные средства с протоколом, описывающим процедуру взаимодействия моду лей (узлов) при обмене данными.

Аппаратные средства образуются из узлов интерфейса, соединителей, элементов согласования и линий связи. Аппаратные средства определяют механические и электрические характеристики интерфейса. Механические характеристики – типы разъемов. Электрические характеристики – параметры сигналов.

Программные средства интерфейса состоят из программ, осуществляющих функционирование интерфейса и реализующих алгоритм обмена информацией по заданному протоколу. Программные средства – БИС, либо программируемые устройства либо драйвера УВВ.

Протокол – совокупность процедур взаимодействия между отдельными функциональными узлами (элементами) системы. Он определяет (регламентирует) состав и содержание управляющей информации, форматы и коды, алгоритмы обмена, способы коррекции ошибок, методы коммутации, маршрутизации, буферизации, управление очередями сообщений. Протоколы реализуются компонентами программных средств, составляющих операционную систему сети.

Интерфейсы классифицируют в соответствии со способом взаимодействия их со своими устройствами (АПД либо УВВ):

По способу обмена информацией различают интерфейсы:

Параллельного ввода вывода, взаимодействующие с устройствами в параллельном формате (параллельный способ передачи);

Последовательного ввода вывода, передающие и, принимающие информацию последовательно (последовательный способ передачи).

По способу подключения к УВВ различают:

Интерфейсы индивидуальные (для радиального подключения ИРПР – «интерфейс радиальный для параллельной передачи» и ИРПС – «интерфейс радиальный для последовательной передачи»). Пример БИС К580ВВ55 и К580ВВ51;

Групповые (для магистрального подключения – «интерфейс общая шина»). Пример – системна шина данных.

Под физическим интерфейсом – понимают совокупность унифицированных шин, разъемов, электронных схем, управляющих прохождением сигнала. В этом случае интерфейс называют стыком.

В настоящее время разработана и внедрена концепция построения структуры системы (канала) передачи данных при аппаратно-программном способе их реализации.

Функции программно-аппаратных систем ПД систематизированы в эталонной модели взаимодействия открытых систем ВОС. Для различных сетей, например: телефонной сети общего пользования, локальной сети, глобальной сети и так далее  эталонная модель отличается некоторыми дополнительными (частными) функциями, но основные функции присутствуют во всех сетях.

Согласно эталонной модели, канал ПД представляет собой совокупность средств двух уровней: первого, называемого физическим , и второго  канальным (звеньевым).

Стыком будем называть– интерфейс физического уровня.

Выделим четыре стандартных разновидностей стыка: С1, С2, С3 и С4.

Стык С1 стандартизирует цепи соединения между каналами связи и модемом. В связи с этим он называется «канальным стыком ».

Стык С2 стандартизирует соединения модема с другими, следующими за ним (УЗО или мультиплексором передачи данных – МПД, ЭВМ и др.), устройствами после преобразования канального сигнала. Поэтому этот стык называется преобразовательным (если нет УЗО).

Стык С3 – защитный стык. Если после модема имеется УЗО, то стык между ними и другими устройствами называется защитным. Этот стык предусматривает правило защиты информации от ошибок, определяет тип избыточного кода, алгоритм обнаружения и исправления.

Стык С4 стандартизирует соединения между МПД и ЭВМ. Он называется мультиплексорным. Данный стык согласует ЭВМ с терминалами, (пользователями, работающими с различными скоростями. МПД называют связным процессором либо - концентратор нагрузки).

ГЛАВА 1 ОСНОВЫ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

1. 1. Типовая система передачи данных

Любая система передачи данных (СПД) может быть описана через три основные свои компоненты. Такими компонентами являются передатчик (или так называемый "источник передачи информации"), канал передачи данных и приемник (также называемый "получателем" информации). При двухсторонней (дуплексной передаче) источник и получатель могут быть объединены так, что их оборудование может передавать и принимать данные одновременно. В простейшем случае СПД между точками А и В (рис. 1. 1) состоит из следующих основных семи частей:

> Оконечного оборудования данных в точке А.

> Интерфейса (или стыка) между оконечным оборудованием данных и аппаратурой канала данных.

> Аппаратуры канала данных в точке А. > Канала передачи между точками А и В. > Аппаратуры канала данных в точке В. > Интерфейса (или стыка) аппаратуры канала данных.

> Оконечного оборудования данных в точке В.

Оконечное оборудование данных (ООД) - это обобщенное понятие, используемое для описания оконечного прибора пользователя или его части. ООД

Рис. 1.1. Типовая система передачи данных: а - блок-схема системы передачи данных;

б - реальная система передачи данных

может являться источником информации, ее получателем или тем и другим одновременно. ООД передает и (или) принимает данные посредством использования аппаратуры канала данных (АКД) и канала передачи. В литературе часто употребляется соответствующий международный термин - DTE (Data Terminal Equipment). Часто в качестве DTE может выступать персональный компьютер, большая ЭВМ (mainframe computer), терминал, устройство сбора данных, кассовый аппарат, приемник сигналов глобальной навигационной системы или любое другое оборудование, способное передавать или принимать данные.

Аппаратуру канала данных также называют аппаратурой передачи данных (АПД). Широко используется международный термин DCE (Data Communications Equipment), который и будем употреблять в дальнейшем. Функция DCE состоит в обеспечении возможности передачи информации между двумя или большим числом DTE по каналу определенного типа, например по телефонному. Для этого DCE должен обеспечить соединение с DTE с одной стороны, и с каналом передачи - с другой. На рис. 1. 1, а DCE может являться аналоговым модемом, если используется аналоговый канал, или, например, устройством обслуживания канала/данных (CSU/DSU - Channel Seruis Unit/ Data Service Unit), если используется цифровой канал типа Е1/Т1 или ISDN. Модемы, разработанные в 60-70-х годах, представляли собой устройства исключительно с функциями преобразования сигналов. Однако в последние годы модемы приобрели значительное количество сложных функций, которые будут рассмотрены ниже.

Слово модем является сокращенным названием устройства, осуществляющего процесс МОдуляции/ДЕМодуляции. Модуляцией называется процесс изменения одного либо нескольких параметров выходного сигнала по закону входного сигнала При этом входной сигнал является, как правило, цифровым и называется модулирующим Выходной сигнал - обычно аналоговый и часто носит название модулированного сигнала В настоящее время модемы наиболее широко используются для передачи данных между компьютерами через коммутируемую телефонную сеть общего пользования (КТСОП, GTSN - General Switched Telefone Network)

Важную роль во взаимодействии DTE и DCE играет их интерфейс, который состоит из входящих/исходящих цепей в DTE и DCE, разъемов и соедини тельных кабелей В отечественной литературе и стандартах также часто употребляется термин стык

Соединение DTE с DCE происходит по одному из стыков типа С2 При подключении DCE к каналу связи или среде распространения применяется один из стыков типа С1

1. 2. Каналы связи

1. 2. 1. Аналоговые и цифровые каналы

Под каналом связи понимают совокупность среды распространения и техни ческих средств передачи между двумя канальными интерфейсами или стыками типа С1 (см рис 1 1). По этой причине стык С1 часто называется канальным стыком

В зависимости от типа передаваемых сигналов различают два больших класса каналов связи цифровые и аналоговые

Цифровой канал является битовым трактом с цифровым (импульсным) сигналом на входе и выходе канала На вход аналогового канала поступает непрерывный сигнал, и с его выхода также снимается непрерывный сигнал (рис 1 2) Как известно, сигналы характеризуются формой своего представления

Рис 1 2 Цифровые и аналоговые каналы передачи

Параметры сигналов могут быть непрерывными или принимать только дискретные значения. Сигналы могут содержать информацию либо в каждый момент времени (непрерывные во времени, аналоговые сигналы), либо только в определенные, дискретные моменты времени (цифровые, дискретные, импульсные сигналы).

Цифровыми являются каналы систем ИКМ, ISDN, каналы типа Т1/Е1 и многие другие. Вновь создаваемые СПД стараются строить на основе цифровых каналов, обладающих рядом преимуществ перед аналоговыми.

Аналоговые каналы являются наиболее распространенными по причине длительной истории их развития и простоты реализации. Типичным примером аналогового канала является канал тональной частоты (ктч), а также групповые тракты на 12, 60 и более каналов тональной частоты. Телефонный канал КТСОП, как правило, включает многочисленные коммутаторы, устройства разделения, групповые модуляторы и демодуляторы. Для КТСОП этот канал (его физический маршрут и ряд параметров) будет меняться при каждом очередном вызове.

При передаче данных на входе аналогового канала должно находиться устройство, которое преобразовывало бы цифровые данные, приходящие от DTE, в аналоговые сигналы, посылаемые в канал. Приемник должен содержать устройство, которое преобразовывало бы обратно принятые непрерывные сигналы в цифровые данные. Этими устройствами являются модемы. Аналогично, при передаче по цифровым каналам данные от DTE приходится приводить к виду, принятому для данного конкретного канала. Этим преобразованием занимаются цифровые модемы, очень часто называемые адаптерами ISDN, адаптерами каналов Е1/Т1, линейными драйверами, и так далее (в зависимости от конкретного типа канала или среды передачи).

Термин модем используется широко. При этом необязательно подразумевается какая-либо модуляция, а просто указывается на определенные операции преобразования сигналов, поступающих от DTE для их дальнейшей передачи по используемому каналу. Таким образом, в широком смысле понятия модем и аппаратура канала данных (DCE) являются синонимами.

1. 2. 2. Коммутируемые и выделенные каналы

Коммутируемые каналы предоставляются потребителям на время соединения по их требованию (звонку). Такие каналы принципиально содержат в своем составе коммутационное оборудование телефонных станций (АТС). Обычные телефонные аппараты используют коммутируемые каналы КТСОП. Кроме того, коммутируемые каналы предоставляет цифровая сеть с интеграцией служб (ISDN - Integrated Services Digital Network).

Выделенные (арендованные) каналы арендуются у телефонных компаний или (очень редко) прокладываются самой заинтересованной ерганизацией. Такие каналы являются принципиально двухточечными. Их качество в общем случае выше качества коммутируемых каналов по причине отсутствия влияния коммутационной аппаратуры АТС.

1. 2. 3. Двух- и четырехпроводные каналы

Как правило, каналы имеют двухпроводное или четырехпроводное окончание. Для краткости их называют, соответственно, двухпроводными и четырехпроводными.

Четырехпроводные каналы предоставляют два провода для передачи сигнала и еще два провода для приема. Преимуществом таких каналов является практически полное отсутствие влияния сигналов, передаваемых во встречном направлении.

Двухпроводные каналы позволяют использовать два провода как для передачи, так и для приема сигналов. Такие каналы позволяют экономить на стоимости кабелей, но требуют усложнения каналообразующей аппаратуры и аппаратуры пользователя. Двухпроводные каналы требуют решение задачи разделения принимаемого и передаваемого сигналов. Такая развязка реализуется при помощи дифференциальных систем, обеспечивающих необходимое затухание по встречным направлениям передачи. Неидеальность дифференциальных систем (а идеального ничего не бывает) приводит к искажениям ампли-тудно-частотных и фазо-частотных характеристик канала и к специфической помехе в виде эхо-сигнала.

1. 3. Семиуровневая модель OSI

Для того, чтобы взаимодействовать, люди используют общий язык. Если невозможно разговаривать друг с другом непосредственно, применяются вспомогательные средства для передачи сообщений. Одним из таких средств является система почтовой связи (рис. 1. 3). В ее составе можно выделить определенные функциональные уровни, например, уровень сбора и доставки писем из почтовых ящиков на ближайшие почтовые узлы связи и в обратном направлении, уровень сортировки писем в транзитных узлах, и т. д. Принятые в почтовой связи всевозможные стандарты на размеры конвертов, порядок оформления адресов и др. позволяют отправлять и получать корреспонденцию практически из любой точки Земного шара.

Похожая картина имеет место и в области электронных коммуникаций, где рынок компьютеров, коммуникационного оборудования информационных систем и сетей необычайно широк и разношерстен. По этой причине создание современных информационных систем стадо невозможным без использования общих подходов при их разработке, без унификации характеристик и параметров их составных компонент.

Теоретическую основу современных информационных сетей определяет Базовая эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI - Open Systems Interconnection) Международной организации стандартов (ISO - International Standards Organization). Она описана стандартом ISO 7498. Модель является международным стандартом для передачи данных. Согласно эталонной

Таблица 1. 1. Функции уровней модели взаимодействия открытых систем

модели взаимодействия OSI выделяются семь уровней, образующих область взаимодействия открытых систем (табл. 1. 1).

Основная идея этой модели заключается в том, что каждому уровню отводится конкретная роль. Благодаря этому общая задача передачи данных расщепляется на отдельные конкретные задачи. Функции уровня, в зависимости от его номера, могут выполняться программными, аппаратными либо программно-аппаратными средствами. Как правило, реализация функций высших уровней носит программный характер, функции канального и сетевого уровней могут быть исполнены как программными, так и аппаратными средствами. Физический уровень обычно выполняется в аппаратном виде.

Каждый уровень определяется группой стандартов, которые включают в себя две спецификации: протокол и обеспечиваемый для вышестоящего уровня сервис. Под протоколом подразумевается набор правил и форматов, определяющих взаимодействие объектов одного уровня модели.

Наиболее близким к пользователю является прикладной уровень. Его главная задача - предоставить уже переработанную (принятую) информацию. С этим обычно справляется системное и пользовательское прикладное программное обеспечение, например, терминальная программа. При передаче информации между различными вычислительными системами должно применяться одинаковое кодовое представление используемых алфавитно-цифровых знаков. Другими словами, прикладные программы взаимодействующих пользователей должны работать с одинаковыми кодовыми таблицами. Количество представленных в коде знаков зависит от числа битов, используемых в коде, то есть от основания кода. Наибольшее распространение нашли коды, приведенные в табл. 1. 2.

Рис. 13. Функциональные уровни системы почтовой связи

Таблица 1. 2. Основные характеристики распространенных знаковых кодов

Часто используются всевозможные национальные расширения перечисленных кодов, например основная и альтернативная кодировки кириллицы для кода ASCII. В этом случае основание кода увеличивается до 8 бит.

Функции современных модемов относятся к наиболее "далеким" от пользователя уровням - физическому и канальному.

1. 3. 1. Физический уровень

Данный уровень определяет интерфейсы системы с каналом связи, а именно, механические, электрические, функциональные и процедурные параметры соединения. Физический уровень также описывает процедуры передачи сигналов в канал и получения их из канала. Он предназначен для переноса потока двоичных сигналов (последовательности бит), в виде, пригодном для передачи по конкретной используемой физической среде. В качестве такой физической среды передачи могут выступать канал тональной частоты, соединительная проводная линия, радиоканал или что-то другое.

Физический уровень выполняет три основные функции: установление и разъединение соединений; преобразование сигналов и реализация интерфейса.

Установление и разъединение соединения

При использовании коммутируемых каналов на физическом уровне необходимо осуществить предварительное соединение взаимодействующих систем и их последующее разъединение. При использовании выделенных (арендуемых) каналов такая процедура упрощается, так как каналы постоянно закреплены за соответствующими направлениями связи. В последнем случае обмен данными между системами, не имеющими прямых связей, организуется с помощью коммутации потоков, сообщений или пакетов данных через промежуточные взаимодействующие системы (узлы). Однако функции такой коммутации выполняются уже на более высоких уровнях и к физическому уровню отношения не имеют.

Кроме физического подключения взаимодействующие модемы могут также "договариваться" об устраивающем их обоих режиме работы, то есть способе модуляции, скорости передачи, режимах исправления ошибок и сжатия данных и т. д. После установления соединения управление передается более высокому канальному уровню.

Преобразование сигналов

Для согласования последовательности передаваемых бит с параметрами используемого аналогового или цифрового канала требуется выполнить их преобразование в аналоговый либо дискретный сигнал, соответственно. К этой же группе функций относятся процедуры, реализующие стык с физическим (аналоговым или цифровым) каналом связи. Такой стык часто называется стыком, зависящим от среды и он может соответствовать одному из гостированных канальных стыков С1. Примерами таких стыков С1 могут быть: С1-ТФ (ГОСТы 23504-79, 25007-81, 26557-85) - для каналов КТСОП, С1-ТЧ (ГОСТы 23475-79, 23504-79, 23578-79, 25007-81, 26557-85) - для выделенных каналов тональной частоты, С1-ТГ (ГОСТ 22937-78) - для телеграфных каналов связи, С1-ШП (ГОСТы 24174-80, 25007-81, 26557-85) - для первичных широкополосных каналов, С1-ФЛ (ГОСТы 24174-80, 26532-85) - для физических линий связи, С1-АК - для акустического сопряжения DCE с каналом связи и ряд других.

Функция преобразования сигналов является главнейшей функцией модемов. По этой причине первые модемы, не обладавших интеллектуальными возможностями и не выполнявшие аппаратное сжатие и коррекцию ошибок, часто называли устройствами преобразования сигналов (У ПС).

Реализация интерфейса

Реализация интерфейса между DTE и DCE является третьей важнейшей функцией физического уровня. Такого рода интерфейсы регламентируются соответствующими рекомендациям и стандартами, к которым, в частности, относятся V. 24, RS-232, RS-449, RS-422A, RS-423A, V. 35 и другие. Такие интерфейсы определяются отечественными ГОСТами как преобразовательные стыки С2 или стыками, не зависящими от среды.

Стандарты и рекомендации по интерфейсам DTE-DCE определяют общие характеристики (скорость и последовательность передачи), функциональные и процедурные характеристики (номенклатура, категория цепей интерфейса, правила их взаимодействия); электрические (величины напряжений, токов и сопротивлений) и механические характеристики (габариты, распределение контактов по цепям).

На физическом уровне происходит диагностика определенного класса неисправностей, например таких, как обрыв провода, пропадание питания, потеря механического контакта и т. п.

Типовой профиль протоколов при использовании модема, поддерживающего только функции физического уровня, приведен на рис. 1. 4. При этом считается, что компьютер (DTE) соединяется с модемом (DCE) посредством интерфейса RS-232, а модем использует протокол модуляции V. 21.

Рис 1 4 Профиль протоколов для модема с функциями только физического уровня

Помехозащищенность канала связи, состоящего из двух модемов и среды передачи между ними, является ограниченной и, как правило, не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к достоверности передаваемых данных По этой причине физический уровень рассматривается как ненадежная система Задача исправления искаженных в канале передачи битов решается на более высоких уровнях, в частности, на канальном уровне

1. 3. 2. Канальный уровень

Канальный уровень часто называют уровнем управления звеном данных Средства этого уровня реализуют следующие основные функции

> формирование из передаваемой последовательности бит блоков данных определенного размера для их дальнейшего размещения в информационном поле кадров, которые и передаются по каналу,

> кодирование содержимого кадра помехоустойчивым кодом (как правило, с обнаружением ошибок) с целью повышения достоверности передачи данных,

> восстановление исходной последовательности данных на приемной стороне,

> обеспечение кодонезависимой передачи данных с целью реализации для пользователя (или прикладных процессов) возможности произвольного выбора кода представления данных;

> управление потоком данных на уровне канала, то есть темпа их выдачи в DTE получателя;

> устранение последствий потерь, искажений или дублирования передаваемых в канале кадров.

В качестве стандарта Для протоколов второго уровня организацией ISO рекомендуется протокол HDLC (High Level Data Link Control). Он получил в мире телекоммуникаций чрезвычайно широкое распространение. На основе протокола HDLC разработано множество других, являющихся по своей сути некоторой адаптацией и упрощением ряда его возможностей по отношению к конкретной области применения. К такому подмножеству HDLC относятся часто используемые протоколы SDLC (Synchronous Data Link Control), LAP (Link Access Procedure), LAPB (Link Access Procedure Balanced), LAPD (Link Access Procedure D-channel), LAPM (Link Access Procedure for Modems), LLC (Logical Link Network), LAPX (Link Access Procedure eXtention) и ряд других. Например, протоколы LAPB и LAPD применяются в цифровых сетях ISDN (Integrated Services Digital Network)," LAPM является базовым для стандарта коррекции ошибок V. 42, LAPX является полудуплексным вариантом HDLC и используется в терминальных сетях и системах, работающих в стандарте Teletex, а протокол LLC (Link Logic Control) реализован практически во всех сетях с множественным доступом (например, в беспроводных локальных сетях). На рис. 1. 5 изображено семейство протокола HDLC и области его применения.

Рис. 1. 5. Семейство протокола HDLC

Рис 1 6. Профиль протоколов для модема с функциями физического и канального уровней

Возможный профиль протоколов для модема, поддерживающего функции физического и канального уровней, представлен на рис. 1. 6. Считается, что компьютер соединяется с модемом посредством интерфейса RS-232, и уже модем реализует протокол модуляции V 34 и аппаратную коррекцию ошибок согласно стандарта V 42

Рис. 1 7 Профиль протоколов для DCE с множественным доступом

В некоторых сетях, основанных на каналах с многоточечным подключением, сигнал, принимаемый каждым DCE, является суммой сигналов, передаваемых от целого ряда других DCE Каналы связи в таких сетях называют каналами с множественным доступом или моноканалами, а сами сети называют сетями множественного доступа. Такими сетями являются некоторые спутниковые сети, наземные пакетные радиосети, а также локальные проводные и беспроводные сети.

Соответствующие уровни модели OSI при передаче в режиме множественного доступа несколько отличны от тех, что используются в СПД с двухточечными каналами. Второй уровень должен обеспечить верхние уровни виртуальным каналом для безошибочной передачи пакетов, а физический уровень должен предоставить битовый тракт. Появляется необходимость в промежуточном уровне для управления каналом с множественным доступом таким образом, чтобы из каждого DCE можно было передавать кадры без постоянных конфликтов с остальными DCE. Этот уровень называется уровнем управления доступом к среде передачи MAC (Medium Access Control). Обычно его считают первым подуровнем уровня 2, т. е. уровнем 2. 1. Традиционный канальный уровень в этом случае превращается в уровень управления логическим каналом LLC (Logical Link Control) и является подуровнем 2. 2. На рис. 1. 7 показана взаимосвязь второго уровня и подуровней LLC и MAC.

1. 4. Факсимильная связь

1. 4. 1. Передача факсимильного изображения

Факсимильная связь является видом документальной связи, предназначенной для передачи не только содержания, но и внешнего вида самого документа. Сущность факсимильного метода передачи состоит в том, что передаваемое изображение (оригинал) разбивается на отдельные элементарные площадки, которые сканируются со скоростью развертки 60, 90, 120, 180 или 240 строк/мин. Сигнал яркости пропорциональный коэффициенту отражения таких элементарных площадок преобразуется в цифровой вид и передается по каналу связи с использованием того либо иного способа модуляции. На приемной стороне эти сигналы преобразуются в элементы изображения и воспроизводятся (записываются) на приемном бланке.

Структурная схема факсимильной связи приведена на рис. 1. 8. Изображение (оригинал), подлежащее передаче, подвергается сканированию световым пятном требуемых размеров. Пятно формируется светооптической системой, содержащей источник света и оптическое устройство. Перемещение пятна по поверхности оригинала осуществляется развертывающим устройством (РУ). Часть светового потока, падающего на элементарную площадку оригинала, отражается и поступает на фотоэлектрический преобразователь (ФП), в котором происходит его преобразование в электрический видеосигнал. Амплитуда видеосигнала на выходе фотопреобразователя пропорциональна величине отраженного светового потока. Далее видеосигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП), где преобразуется в цифровой код. С выхода АЦП цифровой код поступает на вход устройства преобразования сигналов (УПС), то есть модулятора, где посредством использования одного из протоколов модуляции спектр цифрового видеосигнала переносится в область частот используемого канала связи.

Рис. 1. 8. Структурная схема факсимильной связи

При приемной стороне приходящий из канала связи модулированный сигнал последовательно поступает в УПС и ЦАП для демодуляции и цифро-ана-логового преобразования, соответственно. Далее видеосигнал поступает в воспроизводящее устройство (ВУ), где в результате действия развертывающего устройства на бланке воспроизводится копия переданного изображения. Процесс получения конечной факсимильной копии обратный процессу сканирования носит название репликации. Для обеспечения синхронности и синфазности разверток на передающей и приемной сторонах используются устройства синхронизации (УС).

Таким образом, аппарат факсимильной связи (факс) очень напоминает ксерокс, в котором оригинал и копию разделяют многие километры.

Современные факс-модемы имеют в своем составе все составные части факсимильных аппаратов за исключением сканирующего и воспроизводящего устройств. Они "умеют" связываться с обыкновенными факсами, при этом принимаемая информация о передаваемом изображении выдается на компьютер, где программой передачи факсимильных сообщений преобразуется в один из распространенных графических форматов. В дальнейшем, полученный таким образом документ, можно отредактировать, вывести на принтер или передать другому корреспонденту, имеющему факс или компьютер с факс-модемом.

1. 4. 2. Стандарты факсимильной связи

Согласно рекомендациям Сектора стандартизации Международного союза электросвязи (ITU-T - International Telecommunications Union - Telecommunications) в зависимости от используемого вида модуляции различают факсы четырех групп. Первые факсимильные стандарты, относящиеся к группе 1, были основаны на аналоговом методе передачи информации. Страница текста факсами группы 1 передавалась за 6 минут. Стандарты группы 2 усовершенствовали эту технологию в направлении увеличения скорости передачи, в результате чего время передачи одной страницы сократилось до 3 минут.

Стандарт на факсы группы 3 изначально был определен рекомендацией ITU-Т Т. 4 1980 года. Этот стандарт был дважды переиздан - первый раз в 1984 г. и затем в 1988 г. В модификации этого стандарта от 1990 г. были одобрены схемы кодирования, разработанные для факсимильных аппаратов группы 4, а также более высокие скорости передачи, определяемые стандартами V. I 7, V. 29 и V. 33. Радикальное отличие факсаппаратов группы 3 от более ранних заключается в полностью цифровом методе передачи со скоростями до 14400 бит/с. В результате, применяя сжатие данных, факс группы 3 передает страницу за 30-60 с. При ухудшении качества связи факсы группы 3 переходят в аварийный режим, замедляя скорость передачи. Согласно стандарту группы 3 возможны две степени разрешения: стандартное, обеспечивающее 1728 точек по горизонтали и 100 точек/дюйм по вертикали; и высокое, удваивающее количество точек по вертикали, что дает разрешение 200х200 точек/дюйм и вдвое уменьшает скорость.

Факсимильные аппараты первых трех групп ориентированы на использование аналоговых телефонных каналов КТСОП. В 1984 году ITU-T принял стандарт группы 4, который предусматривает разрешение до 400х400 точек/дюйм и повышение скорости при более низком разрешении. Факсы группы 4 дают разрешение очень высокого качества. Однако, они нуждаются в высокоскоростных каналах связи, которые могут предоставить сети ISDN, и не могут работать через каналы КТСОП.

Практически все продаваемые в настоящее время факсы основаны на стандарте группы 3. Рис. 1. 8 иллюстрирует работу именно таких факсов.

1. 5. Управление потоком

1. 5. 1. Необходимость управления потоком

В любой системе либо сети передачи данных возникают ситуации, когда поступающая в сеть нагрузка превышает возможности по ее обслуживанию. В этом случае, если не предпринимать никаких мер по ограничению поступающих данных (графика), размеры очередей на линиях сети будут неограниченно расти и в конце концов превысят размеры буферов соответствующих средств связи. Когда это происходит, единицы данных (сообщения, пакеты, кадры, блоки, байты, символы), поступающие в узлы, для которых нет свободного места в буфере, будут сброшены и позднее переданы повторно. В результате возникает эффект, когда при увеличении поступающей нагрузки реальная пропускная способность уменьшается, а задержки передачи становятся чрезвычайно большими.

Средством борьбы с такими ситуациями выступают методы управления потоком, суть которых заключается в ограничении поступающего трафика для предотвращения перегрузок.

Схема управления потоком может понадобиться на участке передачи между двумя пользователями (транспортный уровень), между двумя узлами сети (сетевой уровень), между двумя соседними DCE, обменивающимися данными по логическому каналу (канальный уровень), а также между терминальным оборудованием и аппаратурой канала данных, взаимодействующих по одному из интерфейсов DTE-DCE (физический уровень).

Схемы управления потоком транспортного уровня реализованы в протоколах передачи файлов, таких как ZModem; схемы управления потоком сетевого уровня - в составе протоколов Х. 25 и TCP/IP; схемы управления потоком канального уровня - в составе протоколов повышения достоверности, таких как MNP4, V. 42; управление потоком на физическом уровне реализуется в рамках набора функций соответствующих интерфейсов, таких как RS-232. Перечисленные три уровня схем управления имеют непосредственное отношение к аппаратному и программному обеспечению модемов и их конкретные реализации будут рассмотрены в соответствующих разделах книги.

1. 5. 2. Метод окна

Рассмотрим часто используемый протоколами канального, сетевого и транспортного уровней класс методов управления потоком, названный оконным управлением потоком. Под окном понимается наибольшее число информационных единиц, которые могут оставаться неподтвержденными в данном направлении передачи.

В процессе передачи между передатчиком и приемником используется оконное управление, если установлена верхняя граница на число единиц данных, которые уже переданы передатчиком, но на которые еще не получено подтверждение от приемника. Верхняя граница в виде целого положительного числа и является окном или размером окна. Приемник уведомляет передатчик о том, что к нему попала единица данных путем отправления специального сообщения к приемнику (рис. 1. 9). Такое сообщение называется подтверждением, разрешением или квитанцией. Подтверждение может быть положительным - АСК (ACKnowledgement), сигнализирующим об успешном приеме соответствующей информационной единицы, и отрицательным - NAK (Negative AcKnowledgement), свидетельствующим о неприеме ожидаемой порции данных. После получения квитанции передатчик может передать еще одну единицу данных приемнику. Число квитанций, находящихся в использовании, не должно превышать размер окна.

Рис. 1. 9. Оконное управление потоком

Квитанции либо содержатся в специальных управляющих пакетах, либо добавляются в обычные информационные пакеты. Управление потоком используется при передаче по одному виртуальному каналу, группе виртуальных каналов, управлению может подвергаться весь поток пакетов, возникающих в одном окне и адресованных другому узлу. Передатчиком и приемником могут быть два узла сети или терминал пользователя и входной узел сети связи. Единицами данных в окне могут быть сообщения, пакеты, кадры или символы.

Выделяют две стратегии: оконное управление от конца в конец и поузловое управление. Первая стратегия относится к управлению потоком между входным и выходными узлами сети для некоторого процесса передачи и часто реализуется в составе протоколов передачи файлов. Вторая стратегия относится к управлению потоком между каждой парой последовательных узлов и реализуется в составе протоколов канального уровня, таких как SDLC, HDLC, LAPB, LAPD, LAPM и других.

1. 6. Классификация модемов

Строгой классификации модемов не существует и, вероятно, не может существовать по причине большого разнообразия как самих модемов, так и сфер применения и режимов их работы. Тем не менее можно выделить ряд признаков, по которым и провести условную классификацию. К таким признакам или критериям классификации можно отнести следующие: область применения;

функциональное назначение; тип используемого канала; конструктивное исполнение; поддержка протоколов модуляции, исправления ошибок и сжатия данных. Можно выделить еще множество более детальных технических признаков, таких как применяемый способ модуляции, интерфейс сопряжения с DTE и так далее.

1. 6. 1. По области применения

Современные модемы можно разделить на несколько групп:

> для коммутируемых телефонных каналов;

> для выделенных (арендуемых) телефонных каналов;

> для физических соединительных линий:

Модемы низкого уровня (линейные драйверы) или модемы на короткие расстояния (short range modems)",

- модемы основной полосы (. baseband modems);

> для цифровых систем передачи (CSU/DSU);

> для сотовых систем связи;

> для пакетных радиосетей;

> для локальных радиосетей.

Подавляющее большинство выпускаемых модемов предназначено для использования на коммутируемых телефонных каналах. Такие модемы должны уметь работать с автоматическими телефонными станциями (АТС), различать их сигналы и передавать свои сигналы набора номера.

Основное отличие модемов для физических линий от других типов модемов состоит в том, что полоса пропускания физических линий не ограничена значением 3, 1 кГц, характерным для телефонных каналов. Однако полоса пропускания физической линии также является ограниченной и зависит в основном от типа физической среды (экранированная и неэкранированная витая пара, коаксиальный кабель и др.) и ее длины.

С точки зрения используемых для передачи сигналов модемы для физических линий могут быть разделены на модемы низкого уровня (линейные драйверы), использующие цифровые сигналы, и модемы с "основной полосы" (baseband), в которых применяются методы модуляции, аналогичные применяемым в модемах для телефонных каналов.

В модемах первой группы обычно используются цифровые методы биим-пульсной передачи, позволяющие формировать импульсные сигналы без постоянной составляющей и часто занимающие более узкую полосу частот, чем исходная цифровая последовательность.

В модемах второй группы часто используются различные виды квадратурной амплитудной модуляции, позволяющие радикально сократить требуемую для передачи полосу частот. В результате на одинаковых физических линиях такими модемами может достигаться скорость передачи до 100 Кбит/с, в то время как модемы низкого уровня обеспечивают только 19, 2 Кбит/с.

Модемы для цифровых систем передачи напоминают модемы низкого уровня. Однако в отличие от них обеспечивают подключение к стандартным цифровым каналам, таким как Е1/Т1 или ISDN, и поддерживают функции соответствующих канальных интерфейсов.

Модемы для сотовых систем связи отличаются компактностью исполнения и поддержкой специальных протоколов модуляции и исправления ошибок, позволяющих эффективно передавать данные в условиях сотовых каналов с высоким уровнем помех и постоянно изменяющимися параметрами. Среди таких протоколов выделяются ZyCELL, ETC и MNP10.

Пакетные радиомодемы предназначены для передачи данных по радиоканалу между мобильными пользователями. При этом несколько радиомодемов используют один и тот же радиоканал в режиме множественного доступа, например, множественного доступа с контролем несущей, в соответствии с ITU-T АХ. 25. Радиоканал по своим характеристикам близок к телефонному и организуется с использованием типовых радиостанций, настроенных на одну и ту же частоту в УКВ либо KB диапазоне. Пакетный радиомодем реализует методы модуляции и множественного доступа.

Локальные радиосети являются быстроразвивающейся перспективной сетевой технологией дополняющей обыкновенные локальные сети. Ключевым их элементом являются специализированные радиомодемы (адаптеры локальных радиосетей). В отличие от ранее упомянутых пакетных радиомодемов такие модемы обеспечивают передачу данных на небольшие расстояния (до 300 м) с высокой скоростью (2-10 Мбит/с), сопоставимой со скоростью передачи в проводных локальных сетях. Кроме того, радиомодемы локальных радиосетей работают в определенном диапазоне частот с применением сигналов сложной формы, таких как сигналы с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

1. 6. 2. По методу передачи

По методу передачи модемы делятся на асинхронные и синхронные. Говоря о синхронном либо асинхронном методе передачи обычно подразумевают передачу по каналу связи между модемами. Однако передача по интерфейсу DTE-DCE также может быть синхронной и асинхронной. Модем может работать с компьютером в асинхронном режиме и одновременно с удаленным модемом - в синхронном режиме или наоборот. В таком случае иногда говорят, что модем синхронно-асинхронный или он работает в синхронно-асинхронном режиме.

Как правило, синхронизация реализуется одним из двух способов, связанных с тем, как работают тактовые генераторы отправителя и получателя:

независимо друг от друга (асинхронно) или согласованно (синхронно). Если передаваемые данные составлены из последовательности отдельных символов, то, как правило, каждый символ передается независимо от остальных и получатель синхронизируется вначале каждого получаемого символа. Для такого типа связи обычно используется асинхронная передача. Если передаваемые данные образуют непрерывную последовательность символов или байтов, то тактовые генераторы отправителя и получателя должны быть синхронизированы в течение длительного промежутка времени. В этом случае используется синхронная передача.

Асинхронный режим передачи используется главным образом тогда, когда передаваемые данные генерируются в случайные моменты времени, например пользователем. При такой передаче получающее устройство должно восстанавливать синхронизацию в начале каждого получаемого символа. Для этого каждый передаваемый символ обрамляется дополнительным стартовым и одним или более стоповыми битами. Такой асинхронный режим часто применяется при передаче данных по интерфейсу DTE-DCE. При передаче данных по каналу связи возможности применения асинхронного режима передачи во многом ограничены его низкой эффективностью и необходимостью использования при этом простых методов модуляции, таких как амплитудная и частотная. Более совершенные методы модуляции, такие как ОФМ, КАМ и др., требуют поддержания постоянного синхронизма опорных тактовых генераторов отправителя и получателя.

При синхронном методе передачи осуществляют объединение большого числа символов или байт в отдельные блоки или кадры. Весь кадр передается как одна цепочка битов без каких-либо задержек между восьмибитными элементами. Чтобы принимающее устройство могло обеспечить различные уровни синхронизации, должны выполняться следующие требования.

> Передаваемая последовательность битов не должна содержать длинных последовательностей нулей или единиц для того, что бы принимающее устройство могло устойчиво выделять тактовую частоту синхронизации.

> Каждый кадр должен иметь зарезервированные последовательности битов или символов, отмечающие его начало и конец.

Существует два альтернативных метода организации синхронной связи: символьно- или байт-ориентированный, и бит-ориентированный. Различие между ними заключается в том, как определяются начало и конец кадра. При бит-ориентированном методе получатель может определить окончание кадра с точностью до отдельного бита, а байта (символа).

Кроме высокоскоростной передачи данных собственно по физическим каналам синхронный режим часто применяется и для передачи по интерфейсу DTE - DCE. В этом случае для синхронизации используются дополнительные интерфейсные цепи, по которым передается сигнал тактовой частоты от отправителя к получателю.

1. 6. 3. По интеллектуальным возможностям

По интеллектуальным возможностям можно выделить модемы:

без системы управления;

> поддерживающие набор АТ-команд;

> с поддержкой команд V. 25bis;

> с фирменной системой команд;

> поддерживающие протоколы сетевого управления.

Большинство современных модемов наделено широким спектром интеллектуальных возможностей. Стандартом де-факто стало множество АТ-команд, разработанных в свое время фирмой Hayes и позволяющее пользователю или прикладному процессу полностью управлять характеристиками модема и параметрами связи. По этой причине модемы, поддерживающие АТ-команды носят название Hayes-совместимых модемов. Следует заметить, что АТ-команды поддерживают не только модемы для КТСОП, но и пакетные радиомодемы, внешние адаптеры ISDN и ряд других модемов с более узкими сферами применения.

Наиболее распространенным набором команд, позволяющим управлять режимами установления соединения и автовызова являются команды рекомендации ITU-T V. 25bis.

Специализированные модемы для промышленного применения часто имеют фирменную систему команд, отличную от набора АТ-команд. Причиной тому является большое различие в режимах работы и выполняемых функциях между модемами широкого применения и промышленными (сетевыми) модемами.

Промышленные модемы часто поддерживают протокол сетевого управления SMNP (Simple Manager Network Protocol), позволяющий администратору управлять элементами сети (включая модемы) с удаленного терминала.

1. 6. 4. По конструкции

По конструкции различают модемы:

> внешние;

> внутренние;

> портативные;

> групповые.

Внешние модемы Представляют собой автономные устройства, подключаемые к компьютеру или другому DTE посредством одного из стандартных интерфейсов DTE-DCE. Внутренний модем - это плата расширения, вставляемая в соответствующий слот компьютера. Каждый из вариантов конструктивного исполнения имеет свои преимущества и недостатки, которые будут расмотрены далее.

Портативные модемы предназначены для использования мобильными пользователями совместно с компьютерами класса Notebook. Они отличаются малыми габаритами и высокой ценой. Их функциональные возможности, как правило, не уступают возможностям полнофункциональных модемов. Часто портативные модемы оснащены интерфейсом PCMCIA.

Групповыми модемами называют совокупность отдельных модемов, объединенных в общий блок и имеющих общие блок питания, устройства управления и отображения. Отдельный модем группового модема представляет собой плату с разъемом, устанавливаемую в блок, и рассчитан на один или небольшое число каналов.

1. 6. 5. По поддержке международных и фирменных протоколов

Модемы также можно классифицировать в соответствии с реализованными в них протоколами. Все протоколы, регламентирующие те или иные аспекты функционирования модемов, могут быть отнесены к двум большим группам:

международные и фирменные.

Протоколы международного уровня разрабатываются под эгидой ITU-T и принимаются им в качестве рекомендаций (ранее ITU-T назывался Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии - МККТТ, международная абревиатура - CCITT). Все рекомендации ITU-T относительно модемов относятся к серии V. Фирменные протоколы разрабатываются отдельными компаниями - производителями модемов, с целью преуспеть в конкурентной борьбе. Часто фирменные протоколы становятся стандартными протоколами де-факто и принимаются частично либо полностью в качестве рекомендаций ITU-T, как это случилось с рядом протоколов фирмы Microcom. Наиболее активно разработкой новых протоколов и стандартов занимаются такие известные фирмы, как AT&T, Motorolla, U. S. Robotics, ZyXEL и другие.

С функциональной точки зрения модемные протоколы могут буть разделены на следующие группы:

> Протоколы, определяющие нормы взаимодействия модема с каналом связи (V. 2, V. 25):

> Протоколы, регламентирующие соединение и алгоритмы взаимодействия модема и DTE (V. 10, V. 11, V. 24, V. 25, V. 25bis, V. 28);

> Протоколы модуляции, определяющие основные характеристики модемов, предназначенных для коммутируемых и выделенных телефонных каналов. К ним относятся такие протоколы, как V. 17, V. 22, V. 32, V. 34, HST, ZyX и большое количество других;

> Протоколы защиты от ошибок (V. 41, V. 42, MNP1-MNP4);

> Протоколы сжатия передаваемых данных, такие как MNP5, MNP7, V. 42bis;

Рис. 1. 10. Классификация модемных протоколов

> Протоколы, определяющие процедуры диагностики модемов, испытания и измерения параметров каналов связи (V. 51, V. 52, V. 53, V. 54, V. 56).

> Протоколы согласования параметров связи на этапе ее установления (Handshaking), например V. 8.

Приставки "bis" и "ter" в названиях протоколов обозначают, соответственно, вторую и третью модификацию существующих протоколов или протокол, связанный с исходным протоколом. При этом исходный протокол, как правило, остается поддерживаемым.

Некоторую ясность среди многообразия модемных протоколов может внести их условная классификация, приведенная на рис. 1. 10. ГЛАВА 8 ПРОТОКОЛЫ СЖАТИЯ ДАННЫХ

К физическому уровню относится также интерфейс между АКД и каналом связи (физической линией связи или средой передачи), который должен соответствовать международным стандартам. В нашей стране этот интерфейс называют стыком С1, который для разных каналов имеет свои обозначения и свои ГОСТы. Так для аналоговых телефонных каналов стыки С1 делятся на С1-ТФ в случае использования коммутируемой сети ТФОП и С1-ТЧ для некоммутируемых каналов ТЧ. Этим стыкам соответствуют ГОСТы: 23504-79, 25007-81, 26557-85, а для С1-ТЧ еще и 23475-79. Для работы по радиоканалу ТЧ введен стык С1-ТЧР (ГОСТ 23578-79). Если передача осуществляется через телеграфную сеть, то используется стык С1-ТГ (ГОСТ 22937-78). В случае прямого доступа, т.е. при подключении к сетевому узлу выделенной линией используют модемы для физических линий (например, фирмы Зелакс) со стыками С1-ФЛ (ГОСТы 24174-80, 26532-85), которые имеет три разновидности сигналов: сигнал низкого уровня (С1-ФЛ-НУ), биимпульсный сигнал (С1-ФЛ-БИ) и квазитроичный сигнал (С1-ФЛ-КИ). Биимпульсный сигнал (манчестерский код) применяется широко в локальных сетях, а квазитроичный – в каналах цифровых систем передачи (международный стык G.703), где используется сигнал AMI (с чередованием полярностей импульсов – ЧПИ) или видоизмененный сигнал HDB3, в котором устраняются длинные серии нулей.

Все стыки С1 и соответствующие им ГОСТы разработаны на основе международных стандартов МОС и рекомендаций МСЭ-Т.

Обмен по стыкам С1-ТФ и С1-ТЧ производится модулированными сигналами в рабочей полосе частот каналов тональной частоты. В качестве АКД выступают модемы серии V. При передаче по радиотелефонному каналу используется стык С1-ТЧР. Параметры этих стыков представлены в табл. 2.4 и 2.5.

Таблица 2.4 Параметры стыков С1-ТФ и С1-ТЧ

Таблица 2.5 Параметры стыка С1-ТЧР

Стыки С1-ФЛ

Передача данных в цепях стыка С1-ФЛ осуществляется импульсными сигналами со скоростями до 480 кбит/с. Номенклатура цепей стыка C1-ФЛ и требования к ним те же, что и в стыках C1-ТФ и С1-ТЧ. Во всех трех типах стыка C1-ФЛ отношение амплитуды импульса положительной полярности (+U) к амплитуде импульса отрицательной полярности (-U) должно быть в пределах 0,95 ? 1,05.

Параметры стыков С1-ФЛ представлены в табл. 2.6.

Таблица 2.6 Основные параметры стыков С1-ФЛ

Для стыка С1-ФЛ-НУ используются разнополярные цифровые сигналы низкого уровня (НУ) без возвращения к нулю (NRZ - NonReturntoZero).

Метод NRZ прост в реализации, обладает сравнительно высокой помехоустойчивостью (из-за двух резко отличающихся потенциалов), но не обладает свойством самосинхронизации. При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник не может определять по входному сигналу моменты времени, когда нужно в очередной раз считывать данные. Даже при наличии высокостабильного тактового генератора приемник может ошибиться с моментом съема данных, так как частоты двух генераторов никогда не бывают полностью идентичными. Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях единиц или нулей небольшое рассогласование тактовых частот может привести к ошибке в целый такт и, соответственно, считыванию некорректного значения бита.

Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длинных последовательностей чередующихся единиц или нулей. Из-за этого многие каналы связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником и источником, этот вид кодирования не поддерживают. В результате в чистом виде код NRZ в сетях не используется. Тем не менее, используются его различные модификации, которые устраняют указанные выше недостатки. Привлекательность кода NRZ состоит в достаточно низкой частоте основной гармоники f0, которая равна N/2 Гц (где N – битовая скорость передачи данных).

Для стыка С1-ФЛ-КИ используется квазитроичный импульсный код с чередованием полярности импульсов – ЧПИ (AMI–BipolarAlternateMarkInversion).

В этом методе используются три уровня потенциала – отрицательный, нулевой и положительный. Для кодирования логического нуля используется, например, нулевой потенциал, а логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей.

Код AMI частично ликвидирует проблемы наличия постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущие коду NRZ. Это происходит при передаче длинных серий «единиц». В этих случаях сигнал на линии представляет собой серию чередующихся разнополярных импульсов с тем же спектром, что и у кода NRZ, передающего чередующиеся нули и единицы, то есть без постоянной составляющей и с основной гармоникой N/2 Гц (где N - битовая скорость передачи данных). Длинные же серии «нулей» также опасны для кода AMI, как и для кода NRZ – сигнал вырождается в постоянный потенциал нулевой амплитуды.

В целом код AMI приводит к более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ, а значит, и к более высокой пропускной способности линии. Например, при передаче чередующихся единиц и нулей основная гармоника имеет частоту N/4 Гц. Код AMI предоставляет также некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов. Так, нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложном импульсе или исчезновении с линии корректного импульса. Сигнал с некорректной полярностью называется запрещенным сигналом (signal violation) .

Нередко применяется модифицированный код AMI (HDB-3), у которого каждая серия из 4-х нулей преобразуется в ненулевую комбинацию по определенному правилу, что обеспечивает повышение устойчивости работы системы тактовой синхронизации.

Стык С1-ФЛ-БИ использует биимпульсные коды. При биимпульсном кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Так как сигнал изменяется, по крайней мере, один раз за такт передачи одного бита данных, то биимпульсный код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. В простом биимпульсном коде “1” кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а “0” – обратным перепадом.

Наиболее распространенным биимпульсным кодом является манчестерский код, который применяется в локальных сетях.

Отличие манчестерского кода от простого биимпульсного состоит в том, что каждый следующий логический “0” изменяет фазу биимпульса на противоположную, а “1” сохраняет фазу предыдущего биимпульса.

У манчестерского кода также нет постоянной составляющей, а основная гармоника в худшем случае (при передаче длинной последовательности единиц или нулей) имеет частоту N Гц, а в лучшем (при передаче чередующихся единиц и нулей) она равна N/2 Гц. Манчестерский код имеет еще одно преимущество перед кодом AMI в том, что для передачи данных используется не три уровня сигнала, а два.

Интерфейс G.703

Стандарт G.7O3 основан на следующих рекомендациях ITU-T: G.702 «Скорости передачи цифровой иерархии» (речь идет о плезиосинхронной цифровой иерархии – PDH); G.704 «Структура синхронных фреймов, основанных на первичном и вторичном иерархических уровнях»; I.430 «Пользовательский интерфейс сети ISDN, использующий основную скорость – первый уровень спецификации (протокол сигнализации D-капала)».

Этот стандарт предназначен для использования в сетях не только с иерархией PDH, но и с синхронной цифровой иерархией SDH (скорости передачи и структура фреймов последней приведены в Рекомендациях ITU-T G.708 и G.709). Первоначально же он разрабатывался как базовый интерфейс для систем, использующих импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ).

Физические и электрические характеристики. Стандарт регламентирует физические и электрические характеристики интерфейса G.703 для основной скорости передачи данных 64 кбит/с и ряда, порождаемого первичной (североамериканской со скоростями 1544, 6312, 32064, 44736 кбит/с) и вторичной (европейской 2048, 8448, 34368, 139264 кбит/с) иерархиями PDH, а также для дополнительной скорости 97728 кбит/с. Перечислим главные из них: схема взаимодействия аппаратуры; скорость передачи данных и частота синхронизирующего сигнала; тип кода и алгоритм его формирования; форма (маска) импульса и соответствующее поле допуска; тип используемой кабельной пары для каждого направления передачи; нагрузочный импеданс; номинальное пиковое напряжение импульса; пиковое напряжение при отсутствии импульса; номинальная ширина импульса; отношение амплитуд положительного и отрицательного импульса к ширине отрицательного; максимальное дрожание фазы (jitter) в выходном порту.

Рассмотрим некоторые из этих характеристик более подробно.

Схема взаимодействия аппаратуры. Стандартом предусмотрены три схемы взаимодействия между двумя терминальными устройствами (управляющим - управляемым или приемным - передающим): сонаправленный интерфейс, СНИ, (Correctional Interface). Информационный и тактовый (хронирующий или синхронизирующий) сигналы передаются от одного терминала к другому, причем терминалы равноправны и симметричны; разнонаправленный интерфейс, РНИ, (Contradi-rectional Interface). Здесь терминалы неравноправны: один из них является управляющим, другой управляемым. Тактовые сигналы направлены только от управляющего терминала к управляемому, а информационные – симметричны. интерфейс с центральным тактовым генератором, ЦГИ, (Centralized Clock Interface). Тактовые сигналы направлены от центрального задающего генератора к обоим терминалам, а информационные – симметричны.

Скорость передачи данных и частота синхронизирующего сигнала. Эти параметры, указанные в стандарте, в основном соответствуют иерархии PDH. Тактовый (синхронизирующий) сигнал поступает от отдельного источника либо формируется из передаваемого кодированного информационного сигнала. Частота тактового сигнала может совпадать или не совпадать со скоростью передачи данных. В последнем случае она может быть в два, четыре или восемь раз меньше, в зависимости от применяемого метода кодирования данных. Например, для скорости 64 кбит/с номинальной является тактовая частота 64 кГц, но может использоваться и частота 8 кГц (октетная синхронизация), генерируемая блоком управления ИКМ-мультиплексора или внешним источником.

Тип кода (алгоритм его формирования). Зависит от скорости передачи данных и схемы взаимодействия аппаратуры интерфейса. Если код не стандартизирован отдельно, то описание алгоритма его формирования дается в самом стандарте G.703, как это сделано для скорости 64 кбит/с при сонаправленной схеме. Если же код стандартизован, то указываются лишь его название и особенности.

Форма импульса и соответствующее поле допуска. Эти характеристики специально оговорены для каждой скорости передачи и схемы взаимодействия аппаратуры интерфейса. Маска одиночного импульса для скорости 64 кбит/с приведена на рис. 2.7. При скорости 2048 кбит/с и ее производных форма маски практически не меняется.

Рис. 2.7. Форма импульса для стыка G.703 и пределы допустимых отклонений

Тип используемой линии и нагрузочный импеданс. Обычно применяются пары на коаксиальном кабеле, симметричные пары или их сочетания. Нагрузочный импеданс симметричной пары варьируется в пределах от 100 до 120 Ом.

Максимальное напряжение импульса и уровень сигнала в паузе. Эти параметры зависят от ряда факторов, в том числе от скорости передачи и уровня шума, которые могут быть указаны специально.

Подключение аппаратуры пользователя к сети с интерфейсом G.703. Схема подключения зависит от типа линии передачи (коаксиальная или симметричная пара) и ее импеданса (75 или 100-120 Ом), наличия входа с интерфейсом G.703 и среды распространения (электрический или волоконно-оптический кабель).

Эта схема будет простой, если для магистрального соединения используется электрический кабель, а аппаратура имеет вход с интерфейсом G.703. Для подключения применяются разъемы RG-59 (коаксиальная пара с импедансом 75 Ом) либо DB-15, RJ-11, RJ-48X (симметричная пара с импедансом 100-120 Ом). Допустимо подсоединение симметричной пары к коммутационной панели «под винт» без разъема. Если импеданс входа оборудования не согласуется с импедансом линии, то применяется согласующий трансформатор (например, 120-омная симметричная пара / 75-омная коаксиальная пара для скорости 2048 кбит/с).

При распространении по волоконно-оптическому кабелю световой сигнал преобразуется в электрический (на входе аппаратуры пользователя) и обратно (на ее выходе) с помощью специального оптоэлектронного преобразователя. При этом на оптических входах и выходах устанавливаются различного рода оптические соединители (коннекторы), например типа SC, SMA, ST.

ГОСТ 25007-81

Группа П85

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

СТЫК АППАРАТУРЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С КАНАЛАМИ СВЯЗИ СИСТЕМ
ПЕРЕДАЧИ С ЧАСТОТНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

Основные параметры сопряжения

Data transmission interface with communication channel
transmission frequency separation system.
Basic parameters at the interface*

_________________
* Наименование стандарта. Измененная редакция, Изм. N 1 .

ОКП 6655 30

Срок действия с 01.01.83
до 01.01.88*
_______________________________
* Ограничение срока действия снято
постановлением Госстандарта России от 13.10.92 N 1362
(ИУС N 1, 1993 год). - Примечание "КОДЕКС".

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 24 ноября 1981 г. N 5097

ВНЕСЕНО Изменение N 1 , принятое и введенное в действие Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 26.06.85 N 1930 с 01.01.86

Изменение N 1 внесено юридическим бюро "Кодекс" по тексту ИУС N 10, 1985 год

1. Настоящий стандарт распространяется на стык С1 между устройством преобразования сигналов (УПС) системы передачи данных и систем передачи с частотным разделением каналов.

Стандарт устанавливает параметры сопряжения УПС на стыке С1 с каналами связи тональной частоты (ТЧ) и первичными широкополосными каналами (ШК) систем передачи с частотным разделением каналов.

2. УПС независимо от состава (типа) оконечной АПД должно сопрягаться с каналами связи по стыку С1, расположенному между УПС и каналом связи на выходе передатчика УПС и входе приемника УПС.

1, 2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

3. Соответственно обозначениям каналов связи стыку С1 присваивают обозначения: для каналов ТЧ - С1-ТЧ, для каналов ШК - С1-ШК.

4. Обмен по стыкам С1-ТЧ и С1-ШК производится модулированными сигналами в рабочей полосе частот каналов.

5. Номенклатура цепей стыка С1:

линейный выход;

линейный вход;

линейный вход-выход (в случае использования двухпроводной схемы включения УПС).

6. Цепи стыка С1 должны быть симметричны по отношению к цепям заземления и гальванически изолированы от остальных цепей УПС.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

7. Короткое замыкание между проводниками в цепях стыка, в том числе замыкание на землю, не должно вызывать повреждения в УПС и цепях соединений с ним.

8. Коррекцию частотных характеристик и компенсацию затухания физических линий при необходимости должны производить устройством, входящим в комплект УПС.

9. Стык С1 должен обеспечивать передачу данных или (и) ведение служебных телефонных переговоров с УПС по одному и тому же каналу связи.

10. Затухание асимметрии входных и выходных цепей по отношению к земле в рабочем диапазоне частот не должно быть менее 43 дБ.

По согласованию с заказчиком затухание асимметрии допускается не менее 56 дБ.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

11. УПС и связанные с ним цепи стыка должны быть выполнены таким образом, чтобы не возникли повреждения в режиме холостого хода на выходе УПС.

12. Корпуса соединителей стыка должны иметь надежное электрическое соединение с корпусом УПС.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

13. Стык С1-ТЧ

13.1. Параметры сопряжения устройств преобразования сигналов с коммутируемыми каналами ТЧ

13.1.1. Коммутируемые каналы ТЧ предоставляют абоненту по двух- или четырехпроводной схемам включения.

13.1.2. Уровень средней мощности сигналов на выходе передатчика УПС в любом режиме работы устанавливают в зависимости от затухания абонентской линии таким образом, чтобы в точке нулевого относительного уровня канала ТЧ средняя мощность сигнала не превышала минус 13 дБмО (50 мкВтО).

Погрешность требуемого уровня передачи не должна выходить за пределы ±1 дБ.

13.1.3. Допустимый выходной уровень средней мощности УПС для работы по ведомственным каналам должен быть не более минус 10 дБмО (100 мкВтО).

13.1.1-13.1.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).

13.1.4. Уровень средней мощности сигналов на входе приемника УПС должен находиться в пределах от минус 43 до 0 дБ.

13.1.5. Номинальное входное и выходное сопротивления УПС должны быть равны 600 Ом.

Коэффициент отражения входного и выходного сопротивления по отношению к номинальному в рабочем диапазоне частот сигнала не должен быть более 15%.

Примечание. При двухпроводной схеме включения значение выходного сопротивления обеспечивают при подключении источника постоянного напряжения. Ток в цепи не должен превышать 40 мА.

13.1.6. Входное сопротивление УПС постоянному току должно составлять не более 300 Ом при токе 25 мА.

13.1.7. Входное сопротивление УПС постоянному току в режиме набора: для положения, соответствующего "замыканию", должно составлять не более 300 Ом при токе 25 мА; для положения, соответствующего "размыканию", не должно быть менее 100 кОм.

13.1.5-13.1.7. (Измененная редакция, Изм. N 1).

13.2. Параметры сопряжения устройств преобразования сигналов с некоммутируемыми каналами ТЧ

13.2.1. Некоммутируемые каналы ТЧ предоставляют абоненту по четырех- или двухпроводной схемам включения.

13.2.2. Уровень средней мощности сигналов на выходе передатчика УПС в любом режиме работы устанавливают в зависимости от затухания соединительной линии таким образом, чтобы в точке нулевого относительного уровня канала ТЧ этот уровень не превышал минус 13 дБмО (50 мкВтО).

Погрешность установки требуемого уровня передачи не должна выходить за пределы ±1 дБ.

Примечание. При повышенной загрузке группового тракта допускается уровень средней мощности сигналов минус 15 дБмО (32 мкВтО).

13.2.3. Допустимый выходной уровень средней мощности УПС для работы по ведомственным каналам связи должен быть не более минус 10 дБмО (100 мкВтО).

При работе по комбинированным каналам, включающим участки ведомственной и общегосударственной сети, должно быть обеспечено согласование уровней сигналов.

13.2.1-13.2.3. (Измененная редакция, Изм. N 1).

13.2.4. Номинальное входное и выходное сопротивления УПС должны быть равны 600 Ом.

Коэффициент отражения входного и выходного сопротивлений УПС по отношению к номинальному в рабочем диапазоне частот сигнала не должен быть более 15% для двухпроводной и 20% для четырехпроводной схем включения.

13.2.5. Уровень средней мощности сигналов на входе приемника УПС должен находиться в пределах от минус 26 до 0 дБ. По согласованию с заказчиком допускается устанавливать нижний предел минус 30 дБ.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

14*. Стык С1-ШК
__________________
* Изменением N 1 предлагается исключить пункт 14. - Примечание "КОДЕКС".

14.1. Параметры сопряжения устройств преобразования сигналов с ведомственными предгрупповыми широкополосными некоммутируемыми каналами связи

14.1.1. Параметры сопряжения УПС приведены для случая использования соединительных (абонентских) линий с затуханием, равным 0 дБ.

14.1.2. Рабочая частота предгруппового широкополосного канала 11,1 кГц. Нижняя частота рабочей полосы 12,3 кГц, верхняя - 23,4 кГц. Рабочая полоса частот не должна содержать линейных контрольных частот.

УПС должны сопрягаться с предгрупповыми широкополосными каналами в точках их подключения, где номинальные относительные уровни по мощности равны минус 36 дБ на входе канала и минус 13 дБ на выходе канала или минус 24,3 дБ на входе и выходе канала.

14.1.3. Уровень средней мощности сигнала за 1 мин работы в точке нулевого относительного уровня широкополосного канала не должен превышать минус 5,2 дБмО (300 мкВтО).

В ведомственных каналах в УПС допускается возможность установки средней мощности, равной 96 и 150 мкВтО.

14.1.4. При использовании предгрупповых широкополосных каналов с относительными уровнями передачи в точках подключения, равными 24,3 дБ, сигнал УПС должен быть сформирован таким образом, чтобы внеполосная средняя мощность сигнала за 1 мин, определяемая в полосе 3 кГц, центрированной на любой частоте от 1,8 до 9,9 кГц или от 25,8 до 58,5 кГц, не превышала минус 43,8 дБмО, что соответствует минус 68,1 дБ на входе широкополосного канала.

14.1.5. Преобразование передаваемой информации в УПС должно осуществляться таким образом, чтобы энергия сигналов передачи данных в диапазоне частот от 11,4 до 12,3 кГц и от 23,4 до 24,3 кГц в полосе 100 Гц была ниже указанных значений:

средняя за 1 мин - минус 26 дБмО (2,5 мкВтО);

максимальная - минус 17,4 дБмО (18,3 мкВтО).

14.1.6. (Исключен, Изм. N 1).

14.2. Параметры сопряжения устройств преобразования сигналов с первичными широкополосными каналами связи

(Измененная редакция, Изм. N 1).

14.2.1. Нижняя частота рабочей полосы первичного широкополосного канала - 60,6 кГц, верхняя - 107,7 кГц.

В полосе частот первичного канала допускается использовать контрольную частоту (КЧ) 84,14 кГц или 104,08 кГц.

УПС следует сопрягать с первичными широкополосными каналами в точках их подключения, где номинальные относительные уровни по мощности равны минус 36 дБ на входе канала и минус 42 дБ - на выходе канала или минус 5,2 дБ - на входе и выходе канала.

Примечание. По согласованию с заказчиком допускаются номинальные относительные уровни, равные минус 42 дБ по напряжению на передаче и минус 36 дБ - по напряжению на приеме.

14.2.2. Уровень средней мощности сигнала в точке нулевого относительного уровня широкополосного канала должен составлять минус 4,3 дБмО (384 мкВтО).

При работе по ведомственным каналам связи и соединительным линиям должна быть предусмотрена возможность установки уровня средней мощности 0 дБмО (1000 мкВтО).

14.2.1, 14.2.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

14.2.3. (Исключен, Изм. N 1).

14.2.4. Преобразование передаваемой информации осуществляют таким образам, чтобы средняя мощность сигналов передачи данных вблизи групповых контрольных частот в точке нулевого относительного уровня была ниже следующих значений:

минус 70 дБмО - в диапазоне ±25 Гц;

минус 30 дБмО - в диапазоне ±100 Гц;

минус 15 дБмО - в диапазоне - 200 Гц.

Формирование сигнала в указанных диапазонах частот следует обеспечивать совместно с каналоформирующим оборудованием.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

14.2.5. В полосе первичного широкополосного канала, кроме основного канала передачи данных, допускается посредством частотного разделения образование дополнительного канала для передачи служебных сигналов, формирование которого должно осуществляться в УПС.

14.2.6. Допустимый уровень средней мощности для служебного канала связи должен быть минус 15 дБмО (32 мкВтО).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

14.2.7. Номинальное входное и выходное сопротивления УПС должны быть 150 Ом.

Коэффициент отражения входного и выходного сопротивлений по отношению к номинальному в рабочем диапазоне частот сигнала не должен быть более 10%.



Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1982

Редакция документа с учетом
изменений и дополнений подготовлена
АО "Кодекс"