工业系统的网络化控制通信与通信概述

第二讲通信的基本概念 概念和通信系统 通信 就是信息的传递 传递 就是信息传输的方式和过程 通信系统组成包括 硬件 软件和传输介质硬件包括 信源 信宿 传输介质 收信 发信设备 通信系统的分类 按信号特征的分类传输模拟信号的系统称为模拟通信系统传输数字信号的系统称为数字通信系统两者之间的差别是在数字通信系统增加了信源编码和信道编码 信源编码是将模拟信号转换为数字信号的功能 信道编码是将信源编码的数字信号变成适合于信道传输的码型 以提高传输的有效性和可靠性 重新分类 模拟通信 模拟通道传输模拟信号数字通信 接收和发送是模拟信号 而传输是以数字过程或方式 是以数字形式传输模拟信号数据通信 接收和发送是数字信号 而传输既可以是数字过程或方式 也可以是模拟过程或方式 主要指计算机之间的数据通信 数字通信的特点 抗干扰能力强便于对信号加工与处理 计算机处理传输中出现的误码可以设法修正 提高传输质量数字信息易于加密 且保密性强能够传输话音 电视 数据等多种信息 增加通信的灵活性和通用性 按传输介质分类 有线无线 按调制方式分类 基带通信系统调制通信系统 按通信业务分类 电话通信电报通信广播通信电视通信数据通信 按工作波段分类 长波通信中波短波微波光通信 通信方式 按通信数量 分为点对点 一点对多点 多点对多点按传输方向与传输时间 单工 半双工 双工按通信终端的连接方式分为直通和交换方式按数字信号传输顺序 分串行和并行按同步不同 分异步和同步 信道和传输介质 信道 信号传输的途径 调制信道 是通过乘性干扰和加性干扰影响通信质量编码信道 是数字序列的变化干扰影响通信质量 传输介质 有线介质 双绞线 同轴电缆 架空明线 多芯电缆 光纤无线介质 空间和大气 有线介质 双绞线 屏蔽STP和非屏蔽UTP 传输距离几米到十几千米 第一类双绞线就是住宅常用的缠绕式电话线 只适用于语音传输 不适用高速数据传输第二类传输速率4Mb s 可语音传输和数据传输第三类传输速率10Mb s 局域网采用的最低档双绞线第四类传输速率16Mb s 主要用于令牌环网第五类传输速率100Mb s 用于光纤分布数据接口FDDI 快速以太网和ATM 超五类传输速率可155Mb s 同轴电缆 50 的基带同轴电缆 75 的宽带同轴电缆基带同轴电缆 一条基带同轴电缆只支持一个信道 传输带宽1 20MHZ 能够以10Mb s的速率把基带数字信号传输1 1 2km 宽带同轴电缆 支持的带宽300 400MHZ 传输距离可达100km 用于综合服务宽带网的多路复用 光纤 单模多模 无线介质 无线电波光波 红外和激光对于无线电频率高低分为9个大波段传播方式 信号与噪声 信号噪声 单频噪声 脉冲噪声 起伏噪声 信号频谱与信道通频带 周期信号的频谱非周期信号的频谱信道通频带 通信系统的性能评价 有效性和可靠性对于模拟通信 用传输带宽来衡量有效性 用接收端的信噪比来评价可靠性 带宽由传输介质和信号的处理方式决定 对于数字通信 用信息传输速率 比特率 来衡量有效性 表示单位时间内传输的信息量 单位时间内传输的码元个数为码元传输速率 其单位为波特 称为波特率 波特率体现系统传输信号的能力 两者之间的关系由多进制决定 通信系统的性能评价 可靠性由差错率来衡量 有两个内容误码率和误信率 误码率 错误的码元 传输的总码元数误信率 错误的比特数 传输的总比特数 网络的信息通信基础 数据传输技术二进制信号传输 以电压或电流方式有无来反映信号传输 模拟信号传输和数字信号传输数据编码不归零制NRZ 无法区分一位的结束和另一位的开始曼彻斯特编码 用跳变或沿触发形式 容易实现发送方和接收方同步差分曼彻斯特编码 有跳变就是0 无跳变就是1 每位之间的跳变为同步之用 用模拟信号表示数据 幅移键控法ASK 载波的幅值随调制信号的变化而变化频移键控法FSK 载波的频率随调制信号的变化而变化相移键控法PSK 载波的相位随调制信号的变化而变化 数据传输速度 数据传输速率 比特数在模拟线路传输数字信号 需要对数字信号调制 有三种方式 AM FM和PM 每秒线路状态变化最大次数为调制频率 用波特率表示数据信号速率 调制速率 k k为1次调制可能传送的位数 两台设备之间的数据传输 异步同步面向字符的传输方案 以字符为单位 如BISYNC面向位的传输方案 以位为单位 如SDLC和HDLC 多台设备的数据传输 频分多路复用FDM 时分多路复用TDM统计时分多路复用STDM波分多路复用WDM 850 1310 1550多路复用器MUX 信号的传输方式 基带传输 就是在数字通信的信道上直接传输数据 目前局域网 控制网络采用此方式 载波传输 采用数字信号对载波进行调制后实行传输 宽带网 异步传输模式 ATM支持多媒体通信 包括数据 语音和视频信号 按需分配频带 速率达155Mbps 2 4Gbps 也有25Mbps和50Mbps的ATM 适用于局域网和广域网 网络中计算机的数据交换方式 线路交换方式 优点 通信实时性强 适用于交互式通信 缺点 不具备突发性通信 系统效率低 不具有存储数据的能力 不具备差错控制能力 存储转发交换方式 与线路交换方式的主要区别在于 按一定格式发送数据 目的地址 原地址和控制信息 组成报文和报文分组 通信控制处理器要完成接收数据 差错校验 存储 路选和转发功能 数据报方式 传输延时较大 适用于突发通信 不善于长报文 会话式通信虚电路方式 节点需要做差错检测 无需做路径选择 节点之间可建立多条虚电路连接 交换方式的总结 线路交换方式适合于高负荷的持续通信要求 尤其是会话式通信与语音 图像通信 不适合突发性通信报文交换方式适合于长报文 无实时要求的通信 不适合会话式通信 数据报方式适合于灵活的突发性短报文传输 不适合会话式和有实时性要求的通信 虚电路方式既适合于定时 定对象 长报文通信 也适合会话式通信和语音 动态图像和图形通信要求 网络互连设备 中继器网桥路由器网关 差错检测与控制 纠错码方案 让每个传输的报文分组带上足够的冗余信息 以便在接收端发现并自动纠正传输错误 复杂 造价高 费时间 不易采用 检错码方案 让报文分组仅包含足以使接收端发现的冗余信息 但不能确定哪一位出错 而且自己本身不能纠正传输差错 简单 易实现 编解码快 广泛使用奇偶校验码循环冗余编码CRC 几种常用的检错码 奇偶校验码 水平奇偶校验码 二维奇偶校验码群计数码恒比码 ITS中的通信技术 智能交通系统ITS intelligenttransportsystem最早在美国出现 60年代末随后日本和欧盟跟随 目前三大基地 美国 日本和欧盟日本提出智能交通系统的名称 ITS的组成 先进的交通信息系统ATIS 提供与交通有关的公共信息 先进的交通管理系统ATMS 对交通科学 合理 准确的管理与控制系统 例如ETC先进的车辆系统 是最复杂的子系统 无人驾驶 群控制先进的公共交通系统APTS 功能辅助管理商用车辆运营系统CVOS 货车 出租 公交车和紧急车辆与公共交通的关系研究 ITS中的信息 向交通设施使用者发布的公共信息 气象 路况 阻塞 事故 车辆到达 售票信息 交通管理部门的内部信