Лычев А.В. Распределенные автоматизированные системы

Подождите немного. Документ загружается.

Распределенные автоматизированные системы

210

Рис. 15. Частотная модуляция.

б) Амплитудная модуляция. При амплитудной модуляции по

закону изменения полезного сигнала изменяется амплитуда вы-

сокочастотного несущего сигнала. Частота и фаза несущего

сигнала остаются неизменными;

Рис. 16. Амплитудная модуляция.

Распределенные автоматизированные системы

211

в) Фазовая модуляция. При фазовой модуляции по закону

изменения полезного сигнала изменяется фаза высокочастотно-

го несущего сигнала. Амплитуда и частота несущего сигнала

остаются неизменными.

Рис. 17. Фазовая модуляция.

Амплитудная и фазовая модуляции имеют неизменную час-

тоту, узкий энергетический спектр и поэтому могут использо-

ваться в низкочастотных диапазонах. При частотной модуляции

частота несущего сигнала изменяется, энергетический спектр

расширяется и по этой причине частотная модуляция использу-

ется в основном в высокочастотных диапазонах.

Шумовая помеха имеет амплитудную природу и не оказыва-

ет влияние на изменение полезного сигнала в частотной и фа-

зовой модуляции. В то же время наложение шумовой помехи на

амплитудно-модулированный сигнал сразу проявляется в полез-

ном сигнале. Таким образом, частотная и фазовая модуляции

обладают наилучшей помехозащищенностью по сравнению с ам-

плитудной модуляцией;

2. Цифровые сети. В цифровых сетях информация по среде

передачи данных передается в виде прямоугольных импульсов.

Существует два вида кодирования передаваемой информации

прямоугольными импульсами:

а) Кодирование уровнем. В этом виде кодирования суще-

ствуют два уровня напряжения – напряжение нуля и напряжение

единицы. При передаче каждого бита информации напряжение

Распределенные автоматизированные системы

212

сигнала меняется в соответствии со значением передаваемого

бита. Существуют четыре способа кодирования уровнем:

– однополярное (униполярное) кодирование. При унипо-

лярном кодировании оба уровня напряжений (нуля и единицы)

имеют одинаковую (чаще положительную) полярность;

Рис. 18. Униполярное кодирование.

– двуполярное (биполярное) кодирование. При биполярном

кодировании уровни напряжений нуля и единицы имеют различ-

ную полярность. Как правило, напряжение нуля отрицательно,

а напряжение единицы положительно;

Рис. 19. Биполярное кодирование.

– кодирование с возвратом к нулю. При кодировании с

возвратом к нулю информация кодируется короткими импульсами

в начале каждого битового интервала. Как правило, единица

кодируется положительным импульсом, а ноль – отрицательным.

Распределенные автоматизированные системы

213

Все остальное время в пределах битового интервала напряже-

ние в линии связи равно нулю;

Рис. 20. Кодирование с возвратом к нулю.

– двухфазное (парафазное) кодирование. Парафазное ко-

дирование применяется на трехпроводных линиях, где во вход-

ных каскадах используются дифференциальные усилители. Диф-

ференциальный усилитель – это электронное устройство, имею-

щее два входа, работающих на вычитание сигнала. Положитель-

ная фаза полезного сигнала подается на вход «+», а отрица-

тельная – на вход «–».

Рис. 21. Принцип работы дифференциального усилителя.

Распределенные автоматизированные системы

214

При вычитании из положительной фазы сигнала отрица-

тельной, на выходе получается сигнал с амплитудой, в два

раза превышающей амплитуду исходного сигнала. Шумовая поме-

ха, наводимая во всех проводах трехпроводной линии связи,

имеет одинаковую по знаку и величине амплитуду. При вычита-

нии двух одинаковых по знаку и амплитуде сигналов, на выхо-

де получается ноль. Таким образом, парафазное кодирование

обладает высокой помехозащищенностью, полностью уничтожая

шумовую помеху на выходе дифференциального усилителя;

Рис. 22. Парафазное кодирование.

б) Кодирование фронтом. Существуют четыре способа ко-

дирования уровнем:

- без возврата к нулю. В этом способе кодировании еди-

ница кодируется изменением уровня напряжения на противопо-

ложный, а при кодировании нуля уровень напряжения остается

без изменений;

Рис. 23. Кодирование без возврата к нулю.

Распределенные автоматизированные системы

215

- код Манчестер. В коде Манчестер единица кодируется

изменением уровня напряжения с положительного на отрица-

тельный в середине битового интервала, а ноль – изменением

уровня напряжения с отрицательного на положительный также в

середине битового интервала. При передаче подряд нескольких

нулей или единиц, уровень напряжения изменяется на противо-

положный на границе битового интервала.

Рис. 24. Код Манчестер

Униполярное, биполярное, парафазное способы кодирова-

ния и кодирование без возврата к нулю при передаче длинной

последовательности нулей или единиц образуют постоянное на-

пряжение. По этой причине указанные способы кодирования не

применяются в линиях связи, содержащих емкостные или индук-

тивные элементы. В основном эти способы кодирования исполь-

зуются в межблочных и внутриблочных линиях связи в пределах

одного сетевого устройства. По этой же причине для подсчета

количества переданных подряд нулей или единиц указанные

способы кодирования требуют наличия внешней синхронизации.

Кодирование с возвратом к нулю и код Манчестер не образуют

постоянного напряжения и обладают свойством самосинхрониза-

ции. Благодаря этому указанные способы кодирования широко

используются в линиях связи, соединяющих различные сетевые

устройства, а также содержащих емкостные и индуктивные эле-

менты. Код Манчестер является в настоящее время наиболее

употребимым при передаче данных в сетях ЭВМ.

Распределенные автоматизированные системы

216

Приложение 2. Теоретическая модель сети

В 1984 году Международная организация по стандартиза-

ции ISO (International Standard Organization) закончила на-

чатую в 1977 году разработку модели открытого системного

взаимодействия OSI (Open System Interface), которая являет-

ся в настоящее время международным стандартом для передачи

данных по сетям ЭВМ. Модель OSI определяет:

1. Способы установки связи и обмена данными между се-

тевыми устройствами при использовании ими различных систем

кодирования данных;

2. Методы определения момента начала передачи данных;

3.Методы обеспечения передачи нужной информации кон-

кретным адресатам;

4. Организацию коммутации элементов физической среды

передачи данных;

5. Поддержание необходимой скорости передачи данных

всеми сетевыми устройствами;

6. Методы представления двоичных битов в среде переда-

чи данных.

Модель OSI не описывает ничего реального – это концеп-

туальная основа, с помощью которой общая задача передачи

данных разделяется на отдельные легко обозримые компоненты.

Модель OSI реализована в виде сетевых протоколов. Под сете-

вым протоколом понимается соглашение между производителями

сетевого оборудования и программного обеспечения о способах

обмена информацией между ЭВМ. Сетевые протоколы бывают:

1. Аппаратный протокол. Аппаратный протокол определя-

ет, как функционируют и взаимодействуют между собой устрой-

ства ЭВМ (например: тип среды передачи данных, уровни сиг-

налов в среде передачи данных, способы кодирования информа-

ции и т.п.);

2. Программный протокол. Программный протокол опреде-

ляет способы взаимодействия программ друг с другом (напри-

мер: способы распознавания типа передаваемой информации,

контроля целостности передаваемой информации и т.п.).

Существуют два способа коммуникаций между ЭВМ в сети:

1. Коммуникации, не ориентированные на установление

соединения. Эти коммуникации реализуют сквозную передачу

потока данных, заранее предполагая, что потеря данных мало-

вероятна и они гарантированно достигнут адресата. Как пра-

вило, этот способ коммуникаций применяется в сетях с высо-

ким качеством среды передачи данных и низкой вероятностью

возникновения перегрузок в сети;

2. Коммуникации, ориентированные на установление со-

единения. Этот способ коммуникации предполагает, что в про-

цессе передачи данные могут теряться или поступать в некор-

Распределенные автоматизированные системы

217

ректном порядке. Как правило, данный способ коммуникаций

применяется в сетях с низким качеством среды передачи дан-

ных и высокой вероятностью возникновения перегрузок в сети.

Сетевые протоколы, как программные, так и аппаратные,

подразделяются по тем же признакам, что и способы коммуни-

каций – сетевые протоколы, ориентированные на установление

соединения, и сетевые протоколы, не ориентированные на ус-

тановление соединения.

Модель OSI имеет семь иерархических уровней:

1. Физический уровень. Это самый нижний уровень модели

OSI, определяющий физические аспекты передачи двоичной ин-

формации в среде передачи данных. Протоколы физического

уровня детально описывают природу среды передачи данных,

напряжения, частоты, виды синхронизации и т.п.;

2. Канальный уровень. Данный уровень обеспечивает без-

ошибочную передачу данных через среду передачи данных, то

есть через физический уровень, которая при передаче может

их искажать. Протоколы канального уровня определяют порядок

оформления исходящей информации в блоки данных стандартного

размера, называемые кадрами, и алгоритмы коррекции возни-

кающих при передаче ошибок. Канальный уровень принимает па-

кеты данных от вышележащего сетевого уровня, делит их на

кадры и добавляет к каждому кадру управляющую информацию.

При приеме информации канальный уровень распознает кадры,

адресованные данной ЭВМ, выявляет испорченные и потерянные

кадры и дополнительно запрашивает их у корреспондента. Ка-

нальный уровень реализует так называемое прямое соединение,

то есть соединение двух сетевых устройств, взаимодействую-

щих непосредственно друг с другом без помощи третьего уст-

ройства. Ввиду большой сложности реализации канального

уровня модели OSI, он был разбит на два подуровня:

а) Подуровень управления доступом к среде передачи

(нижний подуровень);

б) Подуровень управления логическим каналом (верхний

подуровень);

3. Сетевой уровень. Сетевой уровень обеспечивает про-

водку сообщений по сети, которая может иметь более одного

прямого соединения. Протоколы сетевого уровня определяют

порядок деления информации на пакеты и алгоритмы маршрути-

зации сообщений. Под маршрутизацией понимается процесс оп-

ределения пути, по которому следует пересылать данные между

ЭВМ;

4. Транспортный уровень. Этот уровень обеспечивает на-

дежность передачи потоков данных в сети и контроль соедине-

ния между конечными точками маршрута. Протоколы транспорт-

ного уровня определяют организацию передачи данных по мар-

Распределенные автоматизированные системы

218

шруту, определенному на сетевом уровне (например: комплект-

ность данных, порядок передачи данных и т.п.);

5. Сеансовый уровень. Данный уровень обеспечивает со-

вместную работу программ на различных ЭВМ. Протоколы сеан-

сового уровня дают возможность двум программам найти друг

друга и установить соединение, а в случае отказа в сети по-

вторно передать только данные, посланные после возникнове-

ния отказа;

6. Представительный уровень. Представительный уровень

обеспечивает преобразование данных из формата представления

данных конкретной ЭВМ в формат сети и обратно. Протоколы

представительного уровня определяют алгоритмы перекодировки

двоичной, текстовой информации и изображений, сжатия и рас-

паковки данных, преобразования различных сетевых стандар-

тов;

7. Прикладной уровень. Это самый верхний уровень моде-

ли OSI. Он обеспечивает интерфейс между прикладной програм-

мой и сетью. Ни пользователь, ни прикладная программа не

имеют доступа ни к одному из уровней модели OSI, кроме при-

кладного.

Каждый уровень модели OSI реализуется соответствующими

сетевыми протоколами. Каждый уровень модели OSI имеет не

менее одного связанного с ним сетевого протокола. Таким об-

разом, для реализации коммуникационного процесса необходимо

иметь не менее семи сетевых протоколов. Поэтому существует

понятие стека протоколов, то есть набора сетевых протоко-

лов, упорядоченных в виде уровней для реализации коммуника-

ционного процесса. Физически протоколы реализованы в виде

пакетов сетевых программ, входящих в состав той или иной

операционной системы, функционирующей на конкретной ЭВМ.

На передающей ЭВМ данные, которые необходимо передать

по сети, поступают на верхний, прикладной уровень модели

OSI. Далее эти данные передаются вниз по уровням модели OSI

от прикладного до физического. Каждый уровень модели OSI,

кроме физического, добавляет к поступившим от вышележащего

уровня данным заголовок, содержащий управляющую информацию

для соответствующего уровня принимающей ЭВМ. На сетевом

уровне совокупная информация (данные и заголовки) делится

на пакеты по числу маршрутов передачи, а на канальном уров-

не эти пакеты делятся на кадры стандартного размера, при-

годные для непосредственной передачи на физическом уровне.

На принимающей ЭВМ поступившая по сети информация пе-

редается вверх по уровням модели OSI от физического до при-

кладного. Каждый уровень модели OSI, кроме физического,

удаляет соответствующий адресованный ему заголовок. На ка-

нальном уровне принятые кадры упорядочиваются, так как мо-

гут быть приняты не в той последовательности, чем посыла-

Распределенные автоматизированные системы

219

лись, дополнительно запрашиваются потерянные и искаженные

кадры, и из них формируется пакет, который передается затем

на вышележащий сетевой уровень. На сетевом уровне после

прихода всех пакетов одного сообщения, передававшихся по

разным маршрутам, они упорядочиваются, и из них формируется

полная информация, переданная с другой ЭВМ. Полученные от

другой ЭВМ данные, выдаются прикладным уровнем модели OSI

запрашивающему процессу.

Приложение 3. Управление сетями ЭВМ

Одной из существенных современных тенденций является

усиливающаяся зависимость мировой и национальной экономики

от информационных услуг, предоставляемых цифровыми сетями

интегрального обслуживания. В свою очередь, экономичность,

конкурентоспособность и качественные показатели самих сетей

и систем телекоммуникаций все более зависят от организации

управления ими. Под управлением сетью ЭВМ понимаются все

действия, относящиеся к планированию, сооружению и эксплуа-

тации сети, и приводящие к более экономически эффективному

использованию ресурсов сети, при сохранении требуемого ка-

чества предоставляемых сетью услуг. Управление цифровыми

сетями рассматривается сегодня как одна из наиболее про-

блемных и сложных задач. Усложнение задач управления сетями

ЭВМ обуславливается следующими причинами:

1. Необходимость уменьшения стоимости информационных

услуг, предоставляемых цифровыми сетями, с одновременным

повышением их качества;

2. Необходимость постоянного расширения рынка новых

услуг, предоставляемых сетью;

3. Сложность и большой диапазон услуг, предоставляемых

сетью;

4. Необходимость создания в глобальных сетях ЭВМ услуг

общемировых телекоммуникаций;

5. Необходимость обеспечения работы в цифровой сети

оборудования различных производителей, различных типов и

разнообразных сетевых технологий.

В настоящее время главным требованием к цифровой сети

интегрального обслуживания является предоставление пользо-

вателям необходимых им услуг в кратчайшее время. По этой

причине сети не должны обслуживаться вручную, а только с

помощью специализированных высокопроизводительных ЭВМ. Ос-

новная задача системы управления состоит в уменьшении вре-

мени реакции сети на изменение её состояния. Для этого тре-

буется:

1. Программное управление и дистанционная коммутация

на всех уровнях иерархии сети;