电力系统通信(完整版).ppt

电力系统通信 第一章概述 数字通信系统模型 信息源 产生和发出消息的人或机器 发出的消息可以是连续的或离散的 受信者 接受消息的人或机器 编码器 包括信源编码器和信道编码器 信源编码器 将信息源送出的模拟信号或数字信号转换为合乎要求的数码序列 信道编码器 给数码序列按一定规则加入监督码元 使接收端能发现或纠正错误码元 用于提高传送的可靠性 调制器 将信道编码器输出的数码变换为适合于在信道上传送的调制信号后再送往信道 解调器 将收到的调制信号变换为数字序列 解调是调制的逆变换 信道 传送信号的媒质 译码器 包括信道译码器和信源译码器信道译码器 对收到的数码序列进行检错或纠错译码 信源译码器 把经信道译码器处理后的数字序列变换为相应的信号送给受信者 同步 用于保证收发两端步调一致 协同工作 是通信系统中不可缺少的组成部分 如收发两端失去同步 数字通信系统会出现大量错码 无法正常工作 电力系统数据传输的基本模式 循环传输模式自发 事件发动 传输模式按请求 问答 传输模式 电力系统信息传输的基本工作模式 循环传输模式发送站按规定的顺序 周期性的把信息送给主站 特点 无需主站干预 传输信息时只需使用单向信道 当传输过程中某些数据出现差错时 由于是循环传送 因而可以用下一个循环中的数据来补救 信道利用率不高 自发 事件发动 传输模式只有在发送端发生事件时 例如开关位置状态发生变化 测量值的变动超过预订范围 才向主站发送信息 特点 适合实时性要求 需要双向信道 反向信道用于传送 肯定确认 或 否定确认 信息 系统正常运行时减轻了信道的负担 但在异常或事故情况下传送的工作量将大量增加 按请求 问答或轮询 传输模式以主站作为发动通信的一方 由它向被控站发出命令 被控站则按主站的请求发送有关信息 特点 工作方式灵活 主站可以要求子站传送任何类信息 需要双工信道 必须采取辅助措施以提高实时性 实际使用时 将三种基本传输模式进行组合 例如 正常情况下以循环传输模式工作 当发生紧急情况时 例如断路器事故跳闸 就插入事件发动传输事件信息 待紧急事件信息传输完毕后 再回复正常的循环传输模式 各种模式组合中 事件发送传输模式的优先级最高 循环传输模式的优先级最低 模拟信号数字化 脉冲编码调制PCM PCM是一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值 从而实现通信的方式 其特点 抗干扰能力强 因此 它在光纤通信 数字微波通信 卫星通信中均得到了极为广泛的应用 PCM包括三个过程 抽样 量化和编码 如图所示 抽样 量化 编码 复用的概念 复用与分用 语音信号的复用 波分复用光纤的衰减特性 时分复用 数据采集及监视系统 调度工作站 帧 同步TDM和统计TDM对比 数字调制与解调 利用二进制基带信号改变载波的幅值 ASK 频率 FSK 或相位 PSK DPSK 使信号适合在带通信道上传输载波 数字数据的调制ASK波形及频谱 2FSK信号波形及频谱 2PSK信号波形及DPSK信号波形 同步 同步是通信系统的一个重要环节 指收发两端的时钟频率相同 相位一致的运转 包括 码元同步 位同步 接收端为了把收到的信息检出 必须知道每个码元的起始时刻和停止时刻 在接收端产生码元定时脉冲序列 此定时脉冲序列和发送端发过来的码元脉冲序列同频 同相 这种同步叫做位同步 群同步 通信时 总是把若干个码元组成一组 若干个组又联合成帧 在接收端必须知道这些组的起始时刻和终止时刻 在接收端产生和发送端一致的组和帧的定时脉冲序列 称为组同步和帧同步 统称群同步 群同步 实现 特定的数字序列用做同步码 例如0111111111111111 1110101110010000整步 接收端收到该同步码后就可确定这是一帧的开始和结束 从而把本端的时序与发送端对齐 叫做整步 同步码性能 漏同步同步码在传输过程中由于干扰 可能出现误码 失去其特定形式 接收端不能识别它是同步码 从而不能整步 希望尽可能少发生漏同步假同步信息序列的组合是随机的 可能出现一段信息序列和同步码相同 接收端收到后误认为是同步码 进行了错误的整步 希望尽可能少发生假同步 帧同步保护 帧同步保护 为了改善同步系统的性能 要求尽量减小假同步和漏同步的影响 需要在同步系统中采取一些附加的措施 常用的帧同步保护措施是将帧同步的工作状态分为维持状态和捕捉状态两种 维持状态 收发两端已建立同步时 接收端只在每帧的固定时间段内 例如一帧的开始 接收同步码 以维持同步 这个过程称为 维持状态 由于只在帧同步码出现的时刻接收同步码 其他时间不接收同步码 大大减小了发生假同步的概率 捕捉状态 当接收端连续多次收不到帧同步码时 称为失步 这是接收端应随时对所有收到的信号进行检查 判别它是否为同步码 这个过程叫做捕捉状态 在捕捉状态时要求可靠地判别出同步码 防止假同步 在接收端捕捉到同步码并进行整步后 又转入维持状态 通信子网的组成 广域网 互联网 广域网的基本概念 广域网的构成当主机之间的距离较远时 例如 相隔几百公里 甚至几千公里 局域网显然就无法完成主机之间的通信任务 这时就需要另一种结构的网络 即广域网 广域网由一些结点交换机以及连接这些交换机的链路组成 结点交换机执行将分组存储转发的功能 结点之间都是点对点连接 但为了提高网络的可靠性 通常一个结点交换机往往与多个结点交换机相连 由于广域网的造价较高 一般都是由国家或较大的电信公司出资建造 广域网是因特网的核心部分 其任务是通过长距离传输主机所发送的数据 连接广域网各结点交换机的链路都是高速链路 其距离可以是几千公里的光缆线路 也可以是几万公里的点对点卫星链路 通信容量必须足够大 广域网和局域网都是互联网的重要组成构件 相距较远的局域网通过路由器与广域网相连组成了一个覆盖范围很广的互联网 光纤通信简介 光的折射 反射和全反射光在不同物质中的传播速度是不同的 所以光从一种物质射向另一种物质时 在两种物质的交界面处会产生折射和反射 而且 折射光的角度会随入射光的角度变化而变化 当入射光的角度达到或超过某一角度时 折射光会消失 入射光全部被反射回来 这就是光的全反射 不同的物质对相同波长光的折射角度是不同的 即不同的物质有不同的光折射率 相同的物质对不同波长光的折射角度也是不同 光纤通讯就是基于以上原理而形成的 光纤呈圆柱形 由纤芯 包层与涂层三大部分组成 光信号在光纤内的传输原理 PDH 现在通信中使用的时分多路复用传输系统主要有两类 即准同步数字系列 PDH 和 同步数字系列 SynchronousDigitalHierarchy 简称SDH 采用准同步数字系列 PDH 的系统 是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟 这些时钟的信号都具有统一的标准速率 尽管每个时钟的精度都很高 但总还是有一些微小的差别 为了保证通信的质量 要求这些时钟的差别不能超过规定的范围 因此 这种同步方式严格来说不是真正的同步 所以叫做 准同步 在以往的电信网中 多使用PDH设备 但PDH有其局限性 SONET SDH 1985年美国的ANSI提出了一个标准 称作同步光网络 英文缩写是SONET SynchronousOpticalNetwork 后来ITU T也参与了该项工作 也提出了类似SONET的标准 称它为同步数字序列 英文缩写为SDH SynchronousDigitalHierarchy SONET SDH是使用时分复用的同步光网络 用一个主时钟同步网络中的所有时钟 数据速率由低速到高速的时分复用形成层次结构 SONET SDH是以光纤作为传输媒体的广域网 是电信运营商的基础网络 许多其他网络的数据例如IP分组或ATM信元均通过SONET SDH网络来传输 SDH的组网 T型网 环带网 TM 终端复用器终端复用器用在网络的终端站点上 例如一条链的两个端点上 它是一个双端口器件 它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号STM N中 或从STM N的信号中分出低速支路信号 请注意它的线路端口输入 输出一路STM N信号 而支路端口却可以输出 输入多路低速支路信号 在将低速支路信号复用进STM N帧 将低速信号复用到线路 上时 有一个交叉的功能 ADM 分 插复用器分 插复用器用于SDH传输网络的转接站点处 例如链的中间结点或环上结点 是SDH网上使用最多 最重要的一种网元 它是一个三端口的器件 ADM是SDH最重要的一种网元 通过它可等效成其它网元 即能完成其它网元的功能 例如 一个ADM可等效成两个TM ADM有两个线路端口和一个支路端口 两个线路端口各接一侧的光缆 每侧收 发共两根光纤 为了描述方便我们将其分为西 W 向 东向 E 两个线路端口 ADM的作用是将低速支路信号交叉复用进东或西向线路上去 或从东或西侧线路端口收的线路信号中拆分出低速支路信号 另外 还可将东 西向线路侧的STM N信号进行交叉连接 例如将东向STM 16中的3 STM 1与西向STM 16中的15 STM 1相连接 REG 再生中继器光传输网的再生中继器有两种 一种是纯光的再生中继器 主要进行光功率放大以延长光传输距离 另一种是用于脉冲再生整形的电再生中继器 主要通过光 电变换 电信号抽样 判决 再生整形 电 光变换 以达到不积累线路噪声 保证线路上传送信号波形的完好性 此处讲的是后一种再生中继器 REG是双端口器件 只有两个线路端口 W E 如图4 3所示 广域网的交换技术 交换技术是网络中的一个十分重要的问题 为什么要用交换设备 简单的讲就是为了节省传输线路 在交换网中 有些交换节点直接和端设备相连 例如计算机或电话 有些仅仅是为了路由 如下图所示 如果不使用交换设备 10个设备之间采用直接相连 则共需10 9 2 45条链路 在广域网和互联网中 将所有端设备直接相连是不可能的 交换节点将两个或多个节点连接在一起 在他们之间产生临时连接 交换方式 根据交换的方式和交换的特点 可以把交换分为3类 电路交换报文交换分组交换 包交换 数据报虚电路 交换网 用数据交换的形式来命名网络 就得到电路交换网 分组交换网和报文交换网 其中分组交换网又进一步划分两个子类 虚电路网和数据报网 电话网采用电路交换 电报网是报文交换 计算机网络采用包交换 目前报文交换已基本不用 因此重点讨论电路交换和分组交换 电路交换网 电路交换网组成电路交换网是由物理链路连接的一组交换机组成的 每条链路用FDM或TDM划分成n个通道 每次连接仅使用每条链路上的一专用通道 工作的三个阶段连接建立阶段 在双方通信之前 交换机之间建立专用通道的过程 网络为该链接建立一条专用的通道 分配网络资源 例如为该信道分配一条FDM信道或一个TDM时隙 占用交换机的相应端口 数据传输阶段 在通话过程中 这个信道所占用的网络资源始终没有释放 拆除阶段 网络释放原先为该信道分配的资源 例题4 1 一个小例子 8台电话机通过一个小型电路交换网络连接 信道为4 kHz的音频信道 假设链路均采用频分复用FDM 可以同时容纳最大两个音频信道 因此 每条链路 或者连接 的带宽为8kHz 如图4 3 电话1与电话7相连 2和5相连 3和8相连 4和6相连 如果有新的终端加入 连接则可能发生变化 交换机控制连接 例题4 2 某公司两个距离很远的办公室的计算机通过电路交换网络相连 相连的链路是租借某通信服务商的专用线路 网络中有两个4 8的交换机 4个输入 8个输出 对于每一个交换机 8个输出中有4个输出与输入交叉连接 以完成同一个办公室里的计算机之间的通信 电路交换网的特点 低效连接期间信道容量固定且专用 必须为建立的连接保留交换容量和信道容量 如果无数据 浪费信道容量建立 连接 花费时间 必须有足够时间完成容量分配和路由选择 一旦连接 传送是透明的为话音通信量 电话 开发 分组交换网络 分组交换网络又称为无连接网络 无连接是与电路交换相比较而言 交换机并没有关于连接状态的信息 没有电路建立和拆除阶段 分组交换网 数据报交换网络 数据报网络数据切割成分组 数据需要分成固定长度或边长度的分组 长度由所使用的网络和规约决定 每个分组独立处理 每个分组称为数据报 交换机称为路由器 在目的端 由于各分组经由的路由不同 各路由的负荷不同 到达目的节点的顺序可能与源端发出顺序不同 分组也可能在传输中丢失 数据报报头中包含有数据报的目的地址 当路由器收到数据报时 路由器检测该地址 在路由表里根据目的地址找到发送的端口 注 这个地址跟虚电路交换网络的地址不同 在整个数据报传送的过程中保持不变 网络层实现数据报交换上层规约完成目的端收到的各数据报的排序及丢失报文的重发 数据报交换网络特点 网络资源按需分配数据报交换网络中 资源按需分配 不为每个分组专门分配资源 带宽 也没有专门的分组信息处理时间 资源分配原则是先到先得 当交换机接到分组后 不管分组的源端是哪个节点 目的端是哪个节点 只要交换机正在处理别的分组 刚到达的分组就需要等待 效率数据报网络的效率高于电路交换网络 因为只有需要传输数据报时才分配信道资源 如果源节点发送一个数据报 且在另外一个数据报发送之前有几分钟的延迟 则刚才数据报占用的信道资源可以用于发送其他源节点发送的其他数