《工业通信与网络技术》第3章(2)

1、哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所 第第 2 页页数据传输数据传输 同步同步 异步异步3.5 同步同步和和异步传输异步传输下一页上一页停止放映停止放映哈工大网络与电气智能化研究所 第第 3 页页并行传输并行传输下一页上一页停止放映停止放映第第 4 页页串行传输串行传输哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映第第 5 页页l在同一个时间内，信号元素是一个个传输在同一个时间内，信号元素是一个个传输l每个信号元素可能：每个信号元素可能： 少于一个少于一个比特，如曼彻斯特编

2、码比特，如曼彻斯特编码 一个一个比特，如比特，如NRZ-L何何FSK 多余一个多余一个比特，如比特，如QPSKl接收器采样接收器采样 传输损伤传输损伤 定时定时关系：到达关系：到达时间和每个比特周期时间和每个比特周期 采样时间采样时间: 每个比特时间的中央时刻每个比特时间的中央时刻哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映第第 6 页页l定时问题要求一个机制来同步收发器定时问题要求一个机制来同步收发器 接收器在比特中央对信息流采样接收器在比特中央对信息流采样 如果时钟排列不规则或者漂移，那么足如果时钟排列不规则或者漂移，那么足够多的比特发送将导致在错误时间采样够多的比特发送将导

3、致在错误时间采样的后果的后果l有两个解决同步时钟的办法有两个解决同步时钟的办法 异步传输异步传输 同步传输同步传输同步和异步传输同步和异步传输哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映第第 7 页页l同一时间传输的字符数据同一时间传输的字符数据l定时在每个字符内保持定时在每个字符内保持l每个字符都要求重新取得每个字符都要求重新取得同步同步l这种机制的策略是拒绝传输无中断的这种机制的策略是拒绝传输无中断的长比特流，以此来避免时序上的问题。长比特流，以此来避免时序上的问题。异步传输异步传输哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映第第 8 页页异步传输异步传输下一页

4、上一页停止放映停止放映第第 9 页页实际的起始位和终止位实际的起始位和终止位哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映第第 10 页页对于稳定信息流对于稳定信息流, 字符的间隔是均匀分布字符的间隔是均匀分布的的(停止元素的长度停止元素的长度)l例子例子: 发送发送 IRA 字符字符“ABC” 1 起始起始比特，比特，7 位数据比特位数据比特, 1校验比特校验比特, 1 停止比特停止比特 空闲状态，接收器搜索总线状态从空闲状态，接收器搜索总线状态从1到到0 接着接着采样采样下下个个8位间隔位间隔 (字符长度字符长度) 接着搜索下个总线状态从接着搜索下个总线状态从1到到0为下为下个

5、字符个字符l定时差错定时差错 如如P8图图 (c) , 6% 漂移漂移l差错差错 比特采样差错比特采样差错 帧差错帧差错异步传输异步传输-过程过程哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映第第 11 页页l简单便宜l但是 每个字符至少要求2-3个额外开销 (20%)l为了取得更高的效率，使用不同形式的同步即：同步传输异步传输优缺点异步传输优缺点哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映第第 12 页页l传输的数据块没有起始和终止位传输的数据块没有起始和终止位l时钟必须同步时钟必须同步l可以可以使用独立时钟线使用独立时钟线(每位位时间对应一个每位位时间对应一个短脉

6、冲短脉冲) 有利于短距离传输有利于短距离传输 遭受传输损伤遭受传输损伤 (长距离传输长距离传输)l在数据中嵌入时钟信息 曼彻斯特编码曼彻斯特编码(数字信号数字信号) 载频载频(模拟信号模拟信号)同步传输同步传输-比特级比特级哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映第第 13 页页l必须指示数据块的起始和结束必须指示数据块的起始和结束l使用前同步码和后同步码使用前同步码和后同步码l比异步效率更高比异步效率更高 (较少的额外开销较少的额外开销)，例子，例子: HDLC 48 位控制信息、位控制信息、前同步码和后同步码前同步码和后同步码 1000字符数据块字符数据块 额外开销额外开

7、销=48/(8x1000+48)x100%=0.6%同步同步传输传输-数据块级数据块级哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映3.6 单工单工、半双工半双工和和全双工传输全双工传输单工、半双工、全双工通信单工、半双工、全双工通信u单工通信：信息流只能沿一个方向传输，不能单工通信：信息流只能沿一个方向传输，不能反向；反向；u半双工通信：可以双向传输，但同一时间内只半双工通信：可以双向传输，但同一时间内只能单向传输；能单向传输；u全双工通信：允许在同一时刻两个方向同时进全双工通信：允许在同一时刻两个方向同时进行数据传输。行数据传输。u单工通信一般用于无线广播、有线广播及电视单工通

8、信一般用于无线广播、有线广播及电视广播，数据通信中很少使用；全双工和半双工广播，数据通信中很少使用；全双工和半双工比：全双工效率高，但结构复杂，成本也比较比：全双工效率高，但结构复杂，成本也比较高高。第第 14 页页哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映3.6 单工单工、半双工半双工和和全双工传输全双工传输第第 15 页页哈工大网络与电气智能化研究所 下一页上一页停止放映停止放映哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所 第第 16 页页差错差错类型：类型：l单单比特差错比特差错 孤立的差错状态孤立的差错状态 只改变一个比特只改变一个比特 白噪声引起白噪声引

9、起l突发性差错突发性差错 连续的连续的B比特比特序列中序列中第一个第一个和和最后一个最后一个比特以比特以及任意多个中间比特接收不正确及任意多个中间比特接收不正确 冲激噪声冲激噪声引起引起 移动无线环境中的移动无线环境中的信号衰弱信号衰弱引起引起3.7 差错差错类型类型、差错检测差错检测和和差错差错纠正纠正哈工大网络与电气智能化研究所 第第17页页差错检测差错检测v错误在所难免错误在所难免v使用错误检测码检测使用错误检测码检测v附加在发送器附加在发送器v接收器重新计算和检测接收器重新计算和检测v也有可能存在不能检测到的错误也有可能存在不能检测到的错误v奇偶校验奇偶校验 设置奇偶比特，看字符设置奇

10、偶比特，看字符“1”个数是奇数个数是奇数还是偶数还是偶数 比特错误偶数个检测不到比特错误偶数个检测不到哈工大网络与电气智能化研究所 第第18页页下一页上一页停止放映停止放映哈工大网络与电气智能化研究所 哈工大网络与电气智能化研究所 第第 19 页页l奇偶校验奇偶校验 最简单的差错检测机制最简单的差错检测机制 典型的例子：典型的例子： 偶校验偶校验用于用于同步同步传输传输 奇校验奇校验用于用于异步异步传输传输 不安全性不安全性 噪声脉冲的长度经常破坏一个以上的噪声脉冲的长度经常破坏一个以上的比特比特奇偶校验奇偶校验哈工大网络与电气智能化研究所 第20页下一页上一页停止放映停止放映哈工大网络与电气

11、智能化研究所 第第 21 页页l循环冗余检验循环冗余检验 Cyclic Redundancy Check, CRC *模模2运算运算* 使用无进位的二进制加法，即异或（使用无进位的二进制加法，即异或（XOR）操作操作 多项式多项式 数字逻辑数字逻辑循环冗余校验循环冗余校验哈工大网络与电气智能化研究所 第22页CRCv最常用最有效的方法最常用最有效的方法v给定一给定一个个k位位数据数据块，发送器生成一个块，发送器生成一个（n-k）位比特序列）位比特序列 (FCS，帧检验序列帧检验序列)v必须使最后得到的含有必须使最后得到的含有n个比特的帧可以个比特的帧可以被被整除整除v接收器用同样的数值对接收到

12、的帧进行接收器用同样的数值对接收到的帧进行除法运算除法运算 没有余数就说明没有错误。没有余数就说明没有错误。哈工大网络与电气智能化研究所 第23页v使用无进位的二进制加法使用无进位的二进制加法 异或异或(XOR)操作操作v定义如下定义如下: T=要发送的要发送的n位位帧帧 M（D）=k位数据块，位数据块，T中的前中的前k位位 F=n-k位帧检验序列位帧检验序列FCS，T中后中后n-k位位 P=n-k+1位位的特定比特的特定比特序列，它序列，它是预定的是预定的除数除数哈工大网络与电气智能化研究所 第24页2n kMRQPP2nkTMRPPRRQQP2n kTMR2n kMPRTn-kn-k+1哈

13、工大网络与电气智能化研究所 第25页哈工大网络与电气智能化研究所 第26页vCRC 过程可以描述为如下 v例子, M=110011 M(X)=X5+ X4 +X+1 P=11001 P(X)=X4+ X3 +1)X(R)X(MX)X(T)X(P)X(R)X(Q)X(P)X(MXknkn13445894XXXXXX)X(P)X(MX哈工大网络与电气智能化研究所 第27页多项式与除式多项式与除式例例 仍然用前面所举的例子，对仍然用前面所举的例子，对D = 1010001101，有，有D(X) = X9 + X7 + X3 + X2 +1，而对，而对P= 110101，有，有P(X) = X5 +

14、X4 + X2 + 1。最后得到的结果应该是。最后得到的结果应该是R = 01110，对应，对应R(X) =X3 + X2+X。下图下图描绘描绘了上一个例子中的二进制除法所对了上一个例子中的二进制除法所对应的多项式除法。应的多项式除法。哈工大网络与电气智能化研究所 第28页多项式与除式多项式与除式哈工大网络与电气智能化研究所 第29页v差错检测进而整块数据重传不适用差错检测进而整块数据重传不适用于无线通信于无线通信v原因如下原因如下: 无线链路上的比特差错率相当无线链路上的比特差错率相当高高 导致大量的数据重传导致大量的数据重传 很长的传播时延，单帧传输时间也相当长很长的传播时延，单帧传输时间

15、也相当长 导致系统效率非常低导致系统效率非常低v事实上，我们希望：事实上，我们希望： 接收器能够在接收过程中根据传输比特来纠正接收器能够在接收过程中根据传输比特来纠正差差错错哈工大网络与电气智能化研究所 第30页哈工大网络与电气智能化研究所 第31页四种输出的情况四种输出的情况v没有比特差错没有比特差错v某些差错模式，解码器可以检测并纠正某些差错模式，解码器可以检测并纠正v某些模式，能检测但无法纠正某些模式，能检测但无法纠正v检测不出来（比较少见）检测不出来（比较少见）v差错纠正是通过传输报文附加冗余信息完成的差错纠正是通过传输报文附加冗余信息完成的 即即哈工大网络与电气智能化研究所 第32页v汉