二数据通信基础

1、现场总线技术第二章1一、现场总线简介二、现场总线系统的特点三、以现场总线为基础的企业网络系统四、现场总线技术的标准化第一章内容回顾2第一章内容回顾 现场总线的定义现场总线是以测量控制设备作为网络节点，以双绞线等传输介质作为纽带，把位于生产现场、具备了数字计算和数字通信能力的测量控制设备连接成网络系统，按照公开、规范的网络协议，在多个测量控制设备之间、以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成适应各种应用需要的自动控制系统。3一、基本术语二、通信系统的性能指标三、数据编码与传输方式四、通信线路的工作方式与信号的传输模式五、传输差错及其检测与校正数据通信基础4本章思考题数据通信

2、基础一、画出通信系统的组成，并对系统各个组成部分功能进行 简单介绍。二、可靠性指标的概念？信道带宽、介质带宽、信道容量和 信噪比的概念？信噪比对信道容量的影响？三、当传送一个字节数据11001010时，试画出HART和FF总 线的物理编码波形示意图？四、信号的传输模式有哪三种？他们各自的定义和特点是什 么？五、差错检测中常用的冗余校验方法有哪几种？并对每种方 法进行简单解释。六、待校验数据为101011。CRC多项式为G(x)=x3+x2+1;写出 循环冗余码的计算和校验过程。七、最常用的差错校正方法有哪两种？52.1 基本术语数据通信基础1.总线基本术语总线(bus)：是网络上各节点共享的传

3、输媒体，是传输信号或信息的公共路径，遵循同一技术规范进行连接与操作。总线段(bus segment) ：一组设备通过总线连在一起称为总线段。总线协议(bus protocol)：总线上的设备如何使用总线的一套规则称为“总线协议”。这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。62.1 基本术语数据通信基础1.总线基本术语总线操作：总线上数据发送者与接收者之间的连接数据传送脱开这一操作序列，称为一次总线操作。 连接（connection)：指在相同或不同设备内，通信对象之间的逻辑绑定（binding）。 数据传送：连接完成之后通信报文的发送与接收过程，或者数据的读写操作过程。 脱开(disconnec

4、t)：完成一次或多次总线操作后，断开发送者与接收者之间的连接关系，放弃对总线的占有权。72.1 基本术语数据通信基础1.总线基本术语现场设备(fieldbus device)：作为网络节点连接在现场总线上的物理实体。现场设备具备测量控制功能，也具有数据通信的能力。总线主设备(bus master) ：有能力在总线上发起通信的设备。总线从设备(bus slaver)：不能在总线上主动发起通信，只能挂接在总线上、对总线信号进行接收查询的设备。82.1 基本术语数据通信基础1.总线基本术语总线仲裁（bus arbitration）：总线通信过程中出现冲突。为解决冲突需要进行总线占有权的仲裁。 某一时

5、刻只允许一个主设备占有总线，它完成操作后释放总线占有权，其他主设备才能使用总线； 访问等待时间(access latency):主设备获得总线占有权等待仲裁的时间； 总线占有期(bus latency):设备占有总线的时间。92.1 基本术语数据通信基础1.总线基本术语总线仲裁有集中仲裁与分布仲裁。 集中总裁：由一个仲裁单元完成。如果有两个以上主设备同时请求使用总线时，由特定的总裁单元利用优先级方案进行总裁； 分布总裁：仲裁过程在各主设备中完成。当某一主设备在总线上置起它的优先级代码时，开始一个仲裁周期。仲裁周期结束后，只有最高优先级仍然置放在总线上。 优先级方案有多种：高优先级无限期否决低优

6、先级； 不允许某一主设备长期霸占总线。102.1 基本术语数据通信基础2.数据通信系统 数据通信过程，是两个或多个节点之间借助传输媒体以二进制形式进行信息交换的过程。将数据准确、及时地传送到正确的目的地，是数据通信系统的基本任务。噪声信源编码调制信道解调解码信宿112.1 基本术语数据通信基础2.数据通信系统 数据通信系统的基本构成硬件由数据信息的发送设备、接收设备、传输介质组成。软件由数据信息形成的通信报文和通信协议组成。122.1 基本术语数据通信基础2.数据通信系统发送设备：具有通信信号发送电路的设备，也称为发送器(Transimitter)。接收设备：具有通信信号接收电路的设备，也称为

7、接收器(Receiver)。既可以作为发送设备，又可以作为接收设备，称为收发器(Transceiver)。132.1 基本术语数据通信基础2.数据通信系统按数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)的连接方式不同,分为:点-点连接和多点分支连接两种。点-点连接:连接A和B两个端点之间的线路。可采用专用线路，也可采用交换线路。142.1 基本术语数据通信基础2.数据通信系统多点分支连接:是一条线路连接两个以上端点（站）进行通信的方式。分为：集中式多点和非集中式多点结构。152.1 基本术语数据通信基础2.数据通信系统集中式多点式结构：在一个多点式结构中，有一个站负责整个网络中信息传输的控制与

8、管理工作，则这个站称为控制站。 特点：任何两个站之间的信息传输和交换，均要在控制站的控制下进行。非集中式多点式结构：在一个多点式结构中的控制站，当它轮询到从属站在回答时表明它有信息要发送。但不是发给控制站，而是发给同一条多点线路上的另一个从属站时，控制站就退居监视地位，由这两个从站之间直接交换信息，待交换完毕后，发结束命令（送毕），控制站就收回线路控制权，进行下一轮询。162.1 基本术语数据通信基础 2.数据通信系统 传输介质是指在两点或多点之间连接收发双方的物理通路，是发送设备与接收设备之间信号传递所经过的媒体，也称之为传输媒体。 有线：各种电缆、电力线、光缆、双绞线、光纤。 无线：电磁波

9、、红外线。 传输媒体的特性主要指： （1）物理特性（2）传输特性（3）连通特性（4）地域范围 （5）抗干扰性Power Line Communication (PLC)172.1 基本术语数据通信基础 2.数据通信系统报文和通信协议都属于通信系统中的软件。报文：一般把需要传送的信息，包括文本、命令、参数值、图片声音等称为报文。通信协议：通信设备之间用于控制数据通信与理解数据通信意义的一组规则。协议的关键是语法、语义和时序。语法：通信中数据的结构、格式以及数据表达的顺序。语义：通信数据位流中每个部分的含义。时序：一是数据发送时间的先后次序，二是数据的发送速率。 通信协议标准： ISO标准， IE

10、C标准182.2 通信系统的性能指标数据通信基础实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减：信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。b）延迟：信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。c）噪声 热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线。 脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等）。 噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。192.2 通信系统的性能指标数据通信基础1.有效性指标数据位传输速率 位（bit）/秒

11、其中：T为数据信号周期，n为一个信号所表示的有效状态。例：在二进制中，信号的有无就表示这个码元状态的“0”或“1”。 所以n =2。202.2 通信系统的性能指标数据通信基础可度量通信系统每秒传送的信息量。二进制信号的信息速率用每秒比特（bit/s,bps,b/s）作单位。如比特率为9600bps意味着每秒可传输9600个二进制脉冲。当信道一定时，信息速率越高，有效性越好。 1.有效性指标比特率 位（bit）/秒212.2 通信系统的性能指标数据通信基础波特（Baud)是指信号的一个变换波形。把每秒传输的信号波的个数称为波特率。单位为波特，记作Baud或B。比特率和波特率的区别每个信号可以包含

12、1个、也可以包含2个二进制数据位。1个 比特率=波特率 2个 比特率=波特率2在讨论信道特性，特别是传输频带宽度时，通常采用波特率；涉及实际的数据传送能力时，则使用比特率。 1.有效性指标波特率 222.2 通信系统的性能指标数据通信基础吞吐量（throughput)单位时间内通信系统接收发送的比特数、字节数或帧数来表示。表示通信系统的数据交互能力。频带利用率是指单位频带内的传输速度。单位为bps / Hz，即每赫兹带宽所能实现的比特率。协议效率是指传输数据包中，有效数据位与整个数据包长度的比值，一般用百分比表示。 1.有效性指标232.2 通信系统的性能指标数据通信基础传输延迟指数是指数据从

13、链路或网段的发送端传送到接收端所需要的时间，也被称为传输时间。传输延迟指数=发送时间+传播时间+排队转发时间通信效率是指数据帧的传输时间与用于发送报文的所有时间之比。除传输时间外，还包括竞用总线或等待令牌的排队时间、用于发送维护信息等的时间总和。通信效率=1，所有时间都有效地用于传输数据帧；通信效率=0，总线被报文的碰撞、冲突所充斥。 1.有效性指标242.2 通信系统的性能指标数据通信基础2.可靠性指标 误码率 误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数；实际中经常采用的是平均误码率；误码率并非越低越好，误码率越小，则系统越复杂，造价越高；计算机通信中一般要求其平均误码率低于10

14、-9；通信系统的有效性与可靠性两者之间是相互联系、相互制约的。252.2 通信系统的性能指标数据通信基础3.通信信道的频率特性 频率特性分为幅频特性和相频特性 幅频特性是指不同频率的信号在通过信道后，其输出信号幅值与输入信号的幅值之比，它表示了信号在通过信道的过程中受到的不同衰减。相频特性是指不同频率的信号在通过信道后，其输出信号相位与输入信号的相位之差。信道的频率特性取决于传输介质的物理特性和中间通信设备的电气特性。262.2 通信系统的性能指标数据通信基础4.信道带宽与介质带宽信号带宽：信号频谱所占有的频率宽度。 信号的有效带宽272.2 通信系统的性能指标数据通信基础4.信道带宽与介质带

15、宽信道带宽：是指信道容许通过的物理信号的频率范围，即容许通过的信号的最高与最低频率之差。介质带宽：是指该传输介质能通过的物理信号的频率范围。介质带宽与信号的畸变282.2 通信系统的性能指标数据通信基础4.信道带宽与介质带宽信道容量：是指信道在单位时间内可能传送的最大比特数。 M 最大数据率 (C) 2 6000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps16 24000 bps32 30000 bps64 36000 bps C = 2W log2 MW = 带宽M = 信号电平级数若码元的电平级数为4(即1个码元携带2bit的信息量) 话音级线路的信道容量计算 (3000 Hz

16、)Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。Nyquist 公式：用于理想低通信道292.2 通信系统的性能指标数据通信基础5.信噪比对信道容量的影响信噪比：信号功率S与噪声功率N的比值。一般用10lgS/N来表示，单位分贝（dB)。Shannel计算公式：高斯噪声干扰信道的信道容量C表示信道容量，W表示信道带宽。从上式可以看到，提高信噪比或增加信道带宽均可增加信道容量。C =W log2 (1+SN)b/s302.2 通信系统的性能指标数据通信基础5.信噪比对信道容量的影响例：信道带宽W=3KHz，信噪比为10dB（S/N=10)，则 C=3000*log2(1+10) 10

17、380bps如果信噪比提高为20dB（S/N=100)，则 C=3000*log2(1+100) 19980bps1.增加带宽也可以提高信道容量。但噪声功率N=Wn0(n0为噪声的单边功率谱密度）。随着W增大，N增大，会导致信噪比降低。2.在信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以相互弥补。即提高信道带宽可使具有更低信噪比的信号得以通过，而传输信噪比比较高的信号时，可适当放宽对信道带宽的要求。312.2 通信系统的性能指标数据通信基础5.信噪比对信道容量的影响Nyquist公式和Shannel公式的比较C = 2W log2M 此公式说明数据传输率C随信号编码级数增加而增加。 C = W log2

18、(1+S/N) 无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。 原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。322.3 数据编码与传输方式数据通信基础数据(Data)：传递（携带）信息的实体，信息(Information)则是数据的内容或解释。 -模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据信号(Signal)：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。 -模拟信号与数字信号 -基带(Baseband) 与宽带( Broadband )信号332.3 数据编码与传输方式数据通信基础数字信道与模拟信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的

19、信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。342.3 数据编码与传输方式数据通信基础模拟信号与数字信号模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值。数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值。tta) 模拟信号b) 数字信号352.3 数据编码与传输方式数据通信基础数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合，每一种相应地需要进行不同的编码处理。362.3 数据编码与传输方式数据通信基础模拟传输和数字传输话音模拟传输模拟数字模拟模拟CODEC数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模

20、拟数据，数字信号10101010Modem372.3 数据编码与传输方式数据通信基础数字通信的优点 抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量 便于用计算机进行处理 易于加密、保密性强 可以传输语音、数据、影像。 仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信。 如用modem通过拨号线路传输数字信号。382.3 数据编码与传输方式数据通信基础1.数据编码波形数据编码的目的：为了降低信号传输过程中的直流分量和改善噪声，减少对硬件带宽的要求，且能方便提取同步信号，必须对发送的数据进行编码后再发送。数据编码分：数字数据编码和模拟数据编码数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的0，1状态的，

21、称为数字数据编码。模拟数据编码：分别用模拟信号的不同幅值、不同频率、不同相位来表达数据的0，1状态的称为模拟数据编码。392.3 数据编码与传输方式数据通信基础一、单极性编码信号电平是单极性的，如逻辑1用高电平，逻辑0用低电平。二、双极性编码信号电平为正、负两种极性的，正电平用1，负电平用0。2.数字数据编码402.3 数据编码与传输方式数据通信基础三、归零码（RZ） 在每一位二进制信息传输之后均返回零电平。如逻辑1只在该码元时间中的某段维持高电平后就回复到低电平。四、非归零码（NRZ） 在整个码元时间内都维持其逻辑状态的相应电平的编码。2.数字数据编码412.3 数据编码与传输方式数据通信基

22、础三、归零码（RZ） 在每一位二进制信息传输之后均返回零电平。如逻辑1只在该码元时间中的某段维持高电平后就回复到低电平。四、非归零码（NRZ） 在整个码元时间内都维持其逻辑状态的相应电平的编码。2.数字数据编码101 101001At单极性归零码101101001tA单极性非归零码101 101001tA双极性归零码101101001tA双极性非归零码422.3 数据编码与传输方式数据通信基础五、差分码 在各时钟周期的起点，采用信号电平的变化与否来代表数据“1”和“0”的状态。例如规定用时钟周期起点的信号电平变化代表“1”，不变化代表“0”，按此规定形成的编码称为差分码。2.数字数据编码432

23、.3 数据编码与传输方式数据通信基础六、曼彻斯特编码(Manchester Encoding)也称自同步编码或相位编码特点：这是一种常用的基带信号编码，它具有内在的时钟信息，因而能使网络上的每一个系统保持同步。方法：在曼彻斯特编码中，时间被划分为等间隔的小段，其中每小段代表一个比特。每一小段时间本身又分为两半，前半个时间段所传信号是该时间段传送比特值的反码，后半个时间段所传送的是比特值本身。2.数字数据编码442.3 数据编码与传输方式数据通信基础基金会现场总线采用双向L曼彻斯特编码，下降沿代表“1”，上升沿代表“0”。实际上它是曼彻斯特编码的反码。例： 1 1 0 0 1010的字节，FF总

24、线的物理编码示意图：2.数字数据编码452.3 数据编码与传输方式数据通信基础模拟数据编码采用模拟信号来表达数据的0，1状态。幅度、频率、相位是描述模拟信号的参数，可通过改变这三个参数，实现模拟数据编码。模拟数据编码的三种形式： 一、幅度键控ASK（amplitude-sheft keying） 二、频移键控FSK（frequency-sheft keying） 三、相移键控PSK（phase-sheft keying） 这三种形式是模拟数据编码的三种编码方法。3.模拟数据编码462.3 数据编码与传输方式数据通信基础幅度键控ASK中，载波信号的频率、相位不变，幅度随调制信号变化。如：一个二进

25、制数字信号，调制后波形的时域表达式为：3.模拟数据编码原始信号键控调幅后的信号472.3 数据编码与传输方式数据通信基础频移键控FSK：载波信号的频率随着调制信号的变化而变化，而载波信号的幅度、相位不变。如：定义信号0对应的载波频率大，信号1对应的载波频率小。（HART协议采用该种通信方式，1200Hz为1，2200Hz为0）。相移键控PSK：载波信号的相位随着调制信号而变化，而载波信号的幅度、频率不变。用相位0和180分别代表1和0。3.模拟数据编码482.3 数据编码与传输方式数据通信基础00110100010ASK调幅FSK调频PSK调相492.3 数据编码与传输方式数据通信基础串行传输

26、（serial transmission)：数据流以串行方式逐位地在一条信道上传输。是一个位接一个位地传送。从发送端到接收端的信道只要一条传输线即可。串行传输具有易于实现，在长距离传输中可靠性高等优点。适合远距离的数据通信。但需要在收发双方采取同步措施。并行传输（parallel tranmission)：是将数据以成组的方式在两条以上的并行通道上同时传输。例如，8条并行导线，是一个字节一个字节地传送。从发送端到接收端要用8根传输线，同时传送一个字节的不同位。4.串行传输与并行传输502.3 数据编码与传输方式数据通信基础5.同步传输与异步传输同步传输和异步传输是指通信处理中使用时钟信号的不同

27、方式。同步传输：所有设备都使用一个共同的时钟。同步传输比异步传输效率高，适合高速传输的要求。但传输距离短，需要传输时钟信号，并且容易受到噪声的干扰。异步传输：每个通信节点都有自己的时钟信号。异步传输实现起来简单容易，频率的漂移不会累计，对线路和收发器要求较低。但异步传输中，往往因同步的需要，要另外传输一个或多个同步字符或帧头，因而会增加网络开销，使线路效率受到一定影响。512.3 数据编码与传输方式数据通信基础6.位同步、字符同步与帧同步目的是使接收端与发送端在时间基准上一致 (包括开始时间、位边界、重复频率等)。 有三种同步方法： 一、位同步 二、字符同步 三、帧同步522.3 数据编码与传

28、输方式数据通信基础6.位同步、字符同步与帧同步位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端 保持同步。外同步发送端发送同步时钟信号，接收方用它来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 532.3 数据编码与传输方式数据通信基础6.位同步、字符同步与帧同步字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步传输每两个字符之间的间隔时间不固定。 优点 频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步； 缺点 增加了辅助位，所以效率低。542.3 数据编码与传输方式数据通信基础6.位同步、字

29、符同步与帧同步帧（Frame）包含数据和控制信息的数据块（包）帧起始控制信息数据帧结束校验和0 - n8bit8bit8-32m面向比特以特殊位序列（01111110B）作为帧（起始）标志来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。面向字符以同步字符（SYN，16H）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。 例如，DBH，DEH，DCH帧同步：数据帧发送时，收发双发以帧头帧尾为特征实行同步的工作方式。识别一个帧的起始和结束。帧同步是现场总线系统通信中主要采用的同步方式。55HDLC（High Level Data link Control）高级数据链路控制规程 格式：8位8位8位16位8

30、位0位标志场： SDLC/HDLC规定所有信息传输必须以一个标志字节开始，且以同一个字节结束，这个字节为01111110，二个标志字节之间构成一个完整的信息单位，称为一帧（frame）“0”位插入/删除技术方法：除标志字节外，遇到连续5个“1”就自动插入一个“0”。 如： 原始 插入后 删除后 01111110 011111010 01111110 11111111 111110111 1111111156 2.4 通信线路的工作方式与信号的传输模式数据通信基础1.通信线路的工作方式根据通信过程中信息流的传输方向，可将通信线路的工作方式分成：单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式。单工通

31、信: 一端只能发送数据，而另一端只能接收数据，信道传输方向为单向且不能改变。无线电广播57 2.4 通信线路的工作方式与信号的传输模式数据通信基础1.通信线路的工作方式半双工通信: 两端能在两个方向上发送和接收数据，但不能同时进行。对讲机58 2.4 通信线路的工作方式与信号的传输模式数据通信基础1.通信线路的工作方式全双工通信: 两端能在两个方向同时发送和接收数据。59 2.4 通信线路的工作方式与信号的传输模式数据通信基础2.信号的传输模式基带传输:基带（baseband）（BAB）：是数字数据转换为传输信号时其数据变化本身所具有的频带。例如：数字信号的基本频带：0若干MHz。由传输速率而

32、定。基带传输：基带传输是指在基本不改变数字信号频率的情况下，直接按基带信号进行的传输。它不包含任何调制（频率变换），按数据波的原样进行传输。60 2.4 通信线路的工作方式与信号的传输模式数据通信基础2.信号的传输模式基带传输的特点： 1、信号按位流形式传输，整个系统不用调制解调器， 使得系统价格低廉。 2、与宽带网相比，基带网的传输介质比较便宜，可以达到较 高的数据传输速率(一般为lMbps10Mbps）但其传输距离一般不超过25km，传输距离越长，传输质量越低。 大部分微机局域网，控制局域网都是采用基带传输方式的基带网。61 2.4 通信线路的工作方式与信号的传输模式数据通信基础2.信号的

33、传输模式载波传输:载波信号：发送设备要产生某个频率的信号作为基波来承载数据信号，这个基波被称为载波信号。载波传输：按幅值键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等不同方式，依照要承载的数据改变载波信号的幅值、频率、相位，形成调制信号，载波信号承载数据后的信号传输过程称为载波传输。62 2.4 通信线路的工作方式与信号的传输模式数据通信基础2.信号的传输模式载波传输的特点： 1、克服了目前长途电话线路不能直接传输基带信号的特点; 2、可实现多路复用，提高了通信线路的利用率; 3、在接收端和发送端都要设置调制解调器。63 2.4 通信线路的工作方式与信号的传输模式数据通信基础2.信号

34、的传输模式宽带传输:在同一介质上可以传输多个频带的信号。宽带传输的特点：可进行全部广播，还可以高速数据传输。可见宽带传输系统是模拟信号传输系统，可以在同一信道上进行数字和模拟信息服务。宽带传输与基带传输的主要区别：1.数据传输速率不同。基带网几十到几百Mbps,宽带网可达Gb/s。2.宽带网可划分多条基本通信信道。能提供多条良好的通信路径。642.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础1.传输差错的类型数据通信所传送的是数据,数据比声音更容易受到干扰。语音传送:人们讲话最小音节是0.1秒左右。而几毫秒或几十毫秒的干扰并不会仿碍语音的接收,加之在听话时有逻辑判断能力,个别字听不清,不影响对整个句

35、子的理解。数据传送:最低速率50位/秒,一个码元才20毫秒。干扰:所以几十毫秒干扰会造成码元出错。只要一个码元出错了，则该报文就出错了。随着数据传输率的提高,码元宽度会变窄，毫秒级的干扰就会造成一片数据出错。652.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础1.传输差错的类型造成差错的原因1、干扰（噪声或瞬时中断） 噪声：信道上的噪声是各种各样的，按错误的情况来分： 随机错误：指某个数码出错时与前后数码无关。 脉冲错误：是受前后的数码影响产生成群误差。 干扰：如：电信号进行长距离传送时的各种干扰 ； 电话线上：普通电路交换机引起的脉冲干扰； 微波和无线电通信中有衰落现象引起的信号中断； 卫星通信中

36、有气候因素的干扰；2、设备故障3、人员操作错误662.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础1.传输差错的类型差错控制：有效地检测错误并进行纠正的方法称差错控制。1、验错码方案：让报文分组仅包含足以使接收端发现差错的 冗余信息，但不能确定哪一比特是错的，且 自己不能纠正传输差错。特点：原理简单，实现容易，编码与解码速度快。得到广泛应用。2、纠错码方案：让传输的报文分组带上足够的冗余信息， 以便在接收端能发现并自动纠正传输错误。特点：比验错码方案有优越性，但实现复杂，造价高，费时间，一般的通信场合不采用。672.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础1.传输差错的类型按照单位数据域内发生差错的数

37、据位个数及其分布，划分为下面三类错误：单比特错误: 在单位域内只有1个数据位出错的情况。多比特错误: 在单位域内有1个以上不连续的数据位出错的情况。又称为离散错误。突发错误: 在单位域内有2个或2个以上连续的数据位出错的情况。发生错误的多位数据位是否是连续的，是区分突发错误和多比特错误的主要特征。682.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测差错检测就是监视接收到的数据并判断是否发生了传输错误。让报文中包含能发现传输差错的冗余信息，接收端通过接收到冗余信息的特征，判断报文在传输中是否出错的过程。差错检测中广泛采用冗余校验技术。（1） 奇偶校验（2）求和校验（3）纵向冗余校验L

38、RC（4）循环冗余校验CRC692.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测（1）奇偶校验编码规则：在原信息后附加一位校验位(垂直校验)，或在原信息后附加一行校验行(水平校验)，使得整个码字或码组中的代码“1”的个数成为偶数或奇数。“1”的个数为偶数的称为“偶数校验”;“1”的个数为奇数的称为“奇数校验”。特点：校验能力很低，只能校验出：“1”或”0“有奇数错误，但不能确定是一个还是三个或更多个奇数的错误。也不能发现偶数个错误及出现“1”错与“0”错次数和为偶数的错误。702.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测（2）求和校验在发送端将数据分为k段，每段均为

39、等长的n比特。将分段1与分段2做求和操作，再逐一与分段3至k段做求和操作，得到长度为n比特的求和结果。将该结果取反后作为校验和放在数据块后面，与数据块一起发送到接收端。在接收端对接收到的、包括校验和在内的所有k+1段数据求和，如果结果为零，就认为传输过程没有错误，所传数据正确。如果结果不为零，则表明发生了错误。求和校验能检测出95%的错误，但与奇偶校验方法相比，增加了计算量。712.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测（2）求和校验在发送端将数据分为k段，每段均为等长的n比特。将分段1与分段2做求和操作，再逐一与分段3至k段做求和操作，得到长度为n比特的求和结果。将该结果取

40、反后作为校验和放在数据块后面，与数据块一起发送到接收端。在接收端对接收到的、包括校验和在内的所有k+1段数据求和，如果结果为零，就认为传输过程没有错误，所传数据正确。如果结果不为零，则表明发生了错误。求和校验能检测出95%的错误，但与奇偶校验方法相比，增加了计算量。IP数据包首部采用二进制反码求和进行校验722.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测（3）纵向冗余校验LRC纵向冗余校验（Longitudianl Redundancy Check)按预定的数量将多个单位数据域组成一个数据块。首先每个单位数据域各自采用奇偶校验，得到各单位数据域的冗余校验位。再将各单位数据域的对应

41、位分别作奇偶校验，如对所有单位数据域的第1位作奇偶校验，对所有单位数据域的第2位作奇偶校验，如此等等。并将所有位置奇偶校验校验得到的冗余校验位组成一个新的数据单元，附加在数据块的最后发送出去。LRC大大提高了发现多比特错误和突发错误的可能性。举例说明哪种情况的错误LRC无法检测？732.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测（4）循环冗余校验循环冗余校验（cyclic redundancy check,CRC)对传输序列进行一次规定的除法操作，将除法操作的余数附加在传输信息的后边。在接收端，也对收到的数据做相同的除法。如果接收端除法得到的结果其余数不是零，就表明发生了错误。基

42、于除法的循环冗余检验，其计算量大于奇偶校验与求和校验，它能够检测出大约99.95%的错误。742.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.循环冗余校验的工作原理循环冗余校验原理图发送方接收方发送的数据f(x)实际发送数据字段校验字段接收的数据f(x)生成多项式G(x)如果接收正确如果接收出错f(x)：比特序列作为多相式的系数G(x)：生成多项式k：为生成多项式的最高次幂752.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测CRC生成多项式G(x)：由协议规定国际标准中有：CRC-12 :G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 :G(x)=x16+x15+x2+1C

43、RC-CCITT :G(x)=x16+x12+x5+1CRC-32 :G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1762.5 传输差错及其检测与校正数据通信基础2.传输差错的检测CRC生成多项式G(x)：由协议规定国际标准中有：CRC-12 :G(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 :G(x)=x16+x15+x2+1CRC-CCITT :G(x)=x16+x12+x5+1CRC-32 :G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1解：待校验数据为110011（6比特） 生成多相式为比特序列为：1101（4比特，k=3） 将待校验数据比特序列乘以23，则产生的乘积为110011000 将乘积用生成多项式比特序