Реферат: Протоколы физического и канального уровней в распределенных информационных системах

Раздел 2. Протоколы физического и канального уровней в распределенных информационных системах

В настоящем разделе пособия рассматриваются интерфейсы физического уровня, относящиеся к взаимодействию между абонентскими терминалами с каналами передачи данных сетей данных, через которые организуется обмен информацией.
Взаимодействие абонентских терминалов со службой ПД должно отвечать стандартам, составляющим основу эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС), где определены семь функциональных уровней.

Взаимодействие пользователей со службой передачи данных, как правило, осуществляется в соответствии с протоколами физического и канального уровней ЭМВОС.


^ 2.1. Физический уровень


Взаимодействие пользователей со службой ПД оператора осуществляется через стыки (интерфейсы) ООД – АКД и АКД – канал связи.

Структурная схема взаимодействия представлена на рис. 2.1.





Рис. 2.1


ООД – оконечное оборудование данных (английский термин DTE – Data Terminal Equipment). Это устройство, генерирующее или принимающее данные.

АКД – аппаратура окончания канала данных (английский термин DCE ­– Data Circuit-terminating Equipment). В отечественной литературе встречается аналогичный термин АПД – аппаратура передачи данных. Это устройство, осуществляющее интерфейс между ООД и физической средой.


^ 2.1.1. Стандарты протоколов физического уровня между ООД и АКД


Типы абонентских терминалов DTE (ООД) и DCE (АКД) зависят от типа сети, используемой для переноса данных. Наиболее часто в качестве ООД сегодня используется компьютер, а в качестве АКД – модем. Сопряжение (интерфейс) между компьютером и модемом осуществляется в соответствии со стандартными протоколами физического уровня.

Такого рода интерфейсы регламентируются соответствующими рекомендациям и стандартами, к которым, в частности, относятся: V.24/V.28, V.35, RS-232, RS-485, USB, IrDA и другие.

Стандарты и рекомендации по интерфейсам DTE–DCE определяют общие характеристики (скорость и последовательность передачи), функциональные и процедурные характеристики (номенклатура, категория цепей интерфейса, правила их взаимодействия); электрические (величины напряжений, токов и сопротивлений) и механические характеристики (габариты, распределение контактов по цепям).


V – интерфейсы


Одним, наиболее широко используемым, стандартом этого класса является стык V.24, который определяет функциональное содержание между ООД и модемом. Цепи стыка V.24 делятся на цепи серии 100 и серии 200. Цепи 100-й серии, через которые организуется обмен, делятся на общие провода, цепи сигналов данных, управляющие цепи и цепи синхронизации.

Рекомендация V.24 «Перечень обозначений цепей обмена между ООД и АКД» принята в 1980 г. Рекомендация V.24 определяет функциональное назначение всех цепей стыка ООД/АКД. Среди цепей V.24 имеются все цепи, используемые в RS-232 (с точки зрения функционального назначения, хотя обозначения цепей не совпадают). В этом смысле RS-232 можно рассматривать как подмножество V.24. При использовании 25-контактного разъема механические характеристики V.24 и RS-232 определяются стандартом ISO 2110 – «Передача данных. 25-контактный соединитель интерфейса ООД/АКД и распределение номеров его контактов», принятом в 1972 г. В стандарте RS-232 также регламентируется использование контактов разъема для организации логических (функциональных) цепей. Цепи серии 100 делятся на четыре функциональных группы (для стандарта RS эти группы имеют буквенное обозначение):

- заземление, общий обратный провод (A);

- передача данных (B);

- управление (C);

- синхронизация (D).

На рис. 2.2 показана реализация физического уровня с помощью модема для ТФОП для стандарта RS-232.



Рис. 2.2. Реализация физического уровня ООД с модемом


Функции ООД выполняет COM-порт компьютера. Функции АКД выполняет модем. Однако, этим функции COM-порта и модема не ограничиваются. COM-порт может выполнять некоторые функции канального уровня (проверка на четность). Модем также может выполнять функции канального уровня, связанные с организацией надежного канала связи.

COM-порты реализуются при помощи стандартных разъемов: 25-контактный (ISO 2110) и 9-контактный DB9 (рис. 2.3).



Рис. 2.3. Механические контактные разъемы RS-232


Цепи стыка и соответствующие им контакты представлены в табл. 2.1.


Таблица 2.1



DB-25

DB-9

Е1А

(RS-232)

ITU-T

(V.24)

Описание сигнала

Обозначение

От

DСЕ

От

DTE

1




АА




Защитное заземление

GND







2

3

ВА

103

Передаваемые данные

ТхD




×

3

2

ВВ

104

Принимаемые данные

RxD

×




4

7

СА

CJ

105

133

Запрос передачи

Готовность к приему

RTS




×

×

5

8

СВ

106

Готовность к передаче

CTS

×




6

6

СС

107

Готовность DСЕ

DSR

×




7

5

АВ

102

Сигнальное заземление

SG

×

×

8

1

CF

109

Обнаружение несущей

DСD

×




9










Резерв для теста DСЕ: +12 В, 20 мА




×




10










Резерв для теста DСЕ: -12 В, 20 мА




×




11







126

Выбор частоты передачи







×

12




SCF

122

Обнаружение несущей

дополнительного канала

SDCD

×




13




SCB

121

Готовность к передаче

по дополнительному каналу

SCTS

×




14




SBA

118

Передаваемые данные

дополнительного канала

STD




×

15




DB

114

Синхронизация передачи (DСЕ)

те

×




16




SBB

119

Принимаемые данные

дополнительного канала

SRD

×




17




DD

115

Синхронизация приема (DСЕ)

RC

×




18







141

Свободный (местный шлейф)







×

19




SCA

120

Запрос передачи

дополнительного канала

SRTS




×

20

4


CD

108.1

108.2

Готовность DСЕ

Готовность DТЕ


DTR




×

×

21




CG

110

Детектор качества сигнала

SQ

×

×

RL

140

Удаленный шлейф

22

9

СЕ

125

Индикатор вызова

RI

х





23





СН

111

Переключатель скорости

передачи данных (DТЕ)







×

CI

112

Переключатель скорости

передачи данных (DСЕ)




×




24




DA

113

Синхронизация передачи (DТЕ)







×

25




TM

142

Свободный (индикатор тестирования)




×






Стандарт, кроме функционального сопряжения (цепи стыка) и механического сопряжения (разъемы), определяет также электрические характеристики сигналов в цепях стыка в соответствии со стандартом V.28. Этот стандарт первоначально был рассчитан на скорость передачи до 20 кбит/c на расстояние до 15 м. Логической "1" в цепях передачи данных соответствует напряжение менее -3В, а логическому "0" – напряжение более 3В. Сигналы в цепях управления и синхронизации соответствуют напряжениям:

– менее -3В в состоянии «выключено» (пассивное);

­– более +3В в состоянии «включено» (активное).

      В табл. 2.2 представлена разводка разъемов DB25 и DB9 со стороны последовательного асинхронного адаптера (COM-порта).


Таблица 2.2

Номер контакта

Назначение контакта и сигналы

интерфейса RS-232

Вход

или выход

DB25

DB9

1

-

Защитное заземление

(Frame Ground, FG)

-

2

3

Передаваемые данные

(Transmitted Data, TD)

Выход

3

2

Принимаемые данные

(Received Data, RD)

Вход

4

7

Запрос для передачи

(Request to Send, RTS)

Выход

5

8

Сброс для передачи

(Clear to Send, CTS)

Вход

6

6

Готовность данных

(Data Set Ready, DSR)

Вход

7

5

Сигнальное заземление

(Signal Ground, SG)

-

8

1

Детектор принимаемого с линии сигнала (Data Carrier Detect, DCD)

Вход

9-19

-

Не используется

-

20

4

Готовность выходных данных

(Data Terminal Ready, DTR)

Выход

21

-

Не используется

-

22

9

Индикатор вызова

(Ring Indicator, RI)

Вход

23-25

-

Не используется

-


Интерфейсы RS-422A, RS-423A и RS-449 (V.36)


Более новыми стандартами, по сравнению с RS-232, позволяющими обеспечить высокоскоростную работу на больших расстояниях, являются стандарты EIA RS-422A, RS-423A и RS-449. В таблице приведены соотношения скорости передачи и допустимой длины кабеля для этих стандартов:


Зависимость допустимой скорости передачи от длины кабеля


^ Скорость передачи, кбит/с

Длина кабеля, м

RS-423A (V.10 и Х.27)

RS-422A (V.11 и Х.26)

1

100

1000

10

1000

100

100

10000

10


^ Стандарт RS-422A определяет электрические характеристики симметричного цифрового интерфейса. Он предусматривает работу на более высоких скоростях (до 10 Мбит/с) и больших расстояниях (до 1000 м) в интерфейсе DTE–DCE. Для его практической реализации, в отличие от RS-232, требуется два физических провода на каждый сигнал. Реализация симметричных цепей обеспечивает наилучшие выходные характеристики. Подобно Рекомендации V.28, данный стандарт является простым описанием электрических характеристик интерфейса и не определяет параметры сигналов, типы разъемов и протоколы управления передачей данных.

^ Стандарт RS-423A определяет электрические характеристики несимметричного цифрового интерфейса. «Несимметричность» означает, что данный стандарт подобно RS-232 для каждой линии интерфейса использует только один провод. При этом для всех линий используется единый общий провод. Как и RS-422A, этот стандарт не определяет сигналы, конфигурацию выводов или типы разъемов. Он содержит только описание электрических характеристик интерфейса. Стандарт RS-422A предусматривает максимальную скорость передачи, равную 100 кбит/с.

Для линий интерфейсов RS-422A и RS-423A могут быть использованы различные проводники (или пары проводников) одного и того же кабеля. Стандарт RS-422A, разработанный совместно с RS-423A, позволяет размещать линии этих интерфейсов в одном кабеле. Он не совместим с RS-232, и взаимодействие между RS-422A и RS-232 может быть обеспечено только при помощи специального интерфейсного конвертера.

^ Стандарт RS-449, в отличие от RS-422A и RS-423A, содержит информацию о параметрах сигналов, типах разъемов, расположении контактов и т.п. В этом отношении RS-449 является дополнением к стандартам RS-422A и RS-423A. Стандарту RS-449 соответствует Рекомендация ITU-T V.36 («Модемы для синхронной передачи данных по первичным групповым трактам с полосой 60-108 кГц», 1988 г.) в части, касающейся электрического интерфейса.

Стандарт RS-449 определяет 37-ми контактный разъем ISO 4902. Внешний вид разъема и номера контактов представлены на рис. 2.4.




Рис. 2.4. Механические контактные разъемы RS-449


Интерфейсы V.35, V36, V37


Рекомендация V.35 определяет синхронный интерфейс для работы по аналоговым широкополосным каналам с полосой пропускания 60-108 кГц (соответствует полосе 12-канальной группы) со скоростью передачи до 48 кбит/с. В приложении к стандарту определяется вид электрического соединения, обеспечивающего высокоскоростной последовательный интерфейс между мультиплексором и коммутационным оборудованием сети.

Интерфейс V.35 использует комбинацию несимметричных и симметричных цепей V.24. Контакты несимметричных цепей обмена стандарта V.28 используют по одному контакту. Симметричные цепи обмена (цепи данных и цепи синхронизации) используют по два контакта. В качестве интерфейсного разъема между DTE-DCE используется 34-контактный разъем ISO 2593 (рис. 2.5).




Рис. 2.5. Механические контактные разъемы


Электрическим сигналам в цепях данных стандарта V.35 соответствуют: для логической “1” импульсы отрицательной полярности (-0,55В), для логического “0” – положительной полярности (+0,55В).

Дальнейшим развитием стандарта V.35 для синхронных «широкополосных» модемов являются стандарты V.36 и V.37, 37-контактные разъемы для которых соответствуют стандарту ISO 4902. Электрическим сигналам в цепях этих стандартов соответствуют: для логической “1” импульсы отрицательной полярности (менее -0,3В), для логического “0” – положительной полярности (более +0,3В).


Интерфейс RS-485


Интерфейс RS-485 (другое обозначение – EIA/TIA-485) – один из распространенных стандартов физического уровня связи. Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары. В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи сигналов. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) – его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе "1", то на другом "0" и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при "1" она положительна, при "0" – отрицательна. Именно этой разностью потенциалов и передаются данные. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно общего провода («земли»). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов «земли» – дополнительный источник искажений. При дифференциальной передаче такие искажения не возникают. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.

Обычно пороговые значения сигналов составляют ±200 мВ. То есть, если UAB>+200 мВ, то приемник определяет "1", если же UAB<-200 мВ, то приемник определяет "0". Если разность потенциалов в линии настолько мала, что не выходит за пороговые значения, то правильное распознавание сигнала не гарантируется. Кроме того, в линии могут быть и не синфазные помехи, которые исказят столь слабый сигнал.

RS-485 – полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени.

Входное сопротивление приемника со стороны линии (RAB) обычно составляет 12 КОм.

Интерфейс, в отличие от других, допускает многоточечное подключение устройства к одной витой паре одинаково: прямые выходы (A) к одному проводу, инверсные (B) ­– к другому. Так как мощность передатчика не беспредельна, это создает ограничение на количество приемников, подключенных к линии. Согласно спецификации RS-485, с учетом согласующих резисторов, возможно подключение до 32 устройств. Однако есть ряд микросхем с повышенным входным сопротивлением, что позволяет подключить к линии большее количество устройств.

Максимальная скорость передачи данных по линии интерфейса RS-485 может достигать 10 Мбит/с. Максимальное расстояние – 1200 м. Если необходимо организовать связь на большее расстояние или подключить больше устройств, чем допускает нагрузочная способность передатчика, то применяют специальные повторители (репитеры).

Ниже в таблице приводятся сравнительные характеристики интерфейсов RS-422 и RS-485:



^ Стандартные параметры интерфейсов

RS-422

RS-485

Допустимое число передатчиков / приемников

1 / 10

32 / 32

Максимальная длина кабеля

1200 м

1200 м

Максимальная скорость связи

10 Мбит/с

10 Мбит/с

Диапазон напряжений "1" передатчика

+2...+10 В

+1.5...+6 В

Диапазон напряжений "0" передатчика

-2...-10 В

-1.5...-6 В

Пороговый диапазон чувствительности приемника

±200 мВ

±200 мВ

Максимальный ток короткого замыкания драйвера

150 мА

250 мА

Допустимое сопротивление нагрузки передатчика

100 Ом

54 Ом

Входное сопротивление приемника

4 кОм

12 кОм

Максимальное время нарастания сигнала передатчика

10% такт.

интервалов

30% такт.

интервалов



Х – интерфейсы


При взаимодействии абонентских терминалов с сетями передачи данных используются Х-интерфейсы, реализующие функциональное сопряжение между ООД и АКД по цепям стандарта Х.24 и механическое сопряжение через 15-ти контактный разъем ISO 4903. В зависимости от класса ООД и типа модема применяют следующие Х-интерфейсы:

Х.20, Х.20bis – интерфейсы между асинхронными (стартстопными) ООД и АКД;

X.21, X.21bis – интерфейсы между синхронными ООД и АКД, работающими в сетях ПД общего пользования.

^ Рекомендация Х.21 («Стык между оконечным оборудованием данных и аппаратурой окончания данных для синхронной работы по сетям данных обoего пользования»).

Она определяет физические характеристики и процедуры управления для интерфейса DTE–DCE в режиме синхронной передачи данных и может применяться как в сетях с коммутацией каналов, так и в сетях на основе выделенных линий. Стандарт предусматривает дуплексную работу DTE при условии, что DCE связаны друг с другом реальными, а не виртуальными цифровыми линиями связи. Функциональные процедуры Рекомендации Х.21 формализованы в виде диаграмм состояний, рассмотрение которых выходит за рамки данной книги.

Рекомендация X.21 определяет формат передаваемых символов, которые представляются в коде МТК-5 (Международный телеграфный код №5). Данный интерфейс рассчитан на сквозную цифровую передачу. В нем процесс установления соединения и разъединения полностью автоматизирован при помощи набора сигналов о состоянии соединения и о его неисправностях. В ходе передачи данных через интерфейс могут передаваться любые последовательности битов. Создатели этого стандарта стремились максимально упростить его и достигли своей цели. Так, соединение DTE с DCE требует существенно меньшего числа сигнальных линий, чем аналогичное соединение для интерфейса RS-232. Назначение сигналов и линий интерфейса Х.21 приведены в табл. 2.3.

Внешний вид разъема и номера контактов представлены на рис. 2.6.





Рис. 2.6. Механические контактные разъемы ISO 4903


Таблица 2.3


Номер контакта DB-15

Описание сигнала

От DCE

От DTE

1

Защитное заземление

×

×

2

Передача (А)




×

3

Управление (А)




×

4

Прием (А)

×




5

Индикация (А)

×




6

Синхронизация (А)

×




7

Свободно







8

Сигнальное заземление

×

×

9

Передача (В)




×

10

Управление (В)




×

11

Прием (В)

×




12

Индикация (В)

×




13

Синхронизация (В)

×




14

Свободно







15

Свободно








Интерфейс Х.21 может находиться либо в режиме переноса данных, либо в режимах управления. Информация в режимах управления передается в коде МТК-5. Применение потока управляющих символов открывает большие возможности для выбора управляющих механизмов. Такой подход является более гибким по сравнению с другими вариантами интерфейсов, использующими для каждого управляющего сигнала отдельную линию.

Интерфейс Х.21 допускает использование цепей стыка как с симметричным (Х.27) так и несимметричным (Х.26) включением. При этом симметричное включение цепей обеспечивает более высокие скорости передачи.

Рекомендация X.21bis. Разработана для обеспечения воз–можности подключения к сетям передачи данных общего пользования тех пользователей, которые используют для этого аналоговые выделенные или коммутируемые телефонные каналы и имеют синхронные модемы, работающие согласно рекомендациям серии V. Рекомендация Х.21bis описывает порядок взаимодействия между DTE и модемом серии V. При этом возможна как дуплексная передача (основной вариант), так и полудуплексная.


2.1.2. Сопряжение АКД с каналом связи


К физическому уровню относится также интерфейс между АКД и каналом связи (физической линией связи или средой передачи), который должен соответствовать международным стандартам. В нашей стране этот интерфейс называют стыком С1, который для разных каналов имеет свои обозначения и свои ГОСТы. Так для аналоговых телефонных каналов стыки С1 делятся на С1-ТФ в случае использования коммутируемой сети ТФОП и С1-ТЧ для некоммутируемых каналов ТЧ. Этим стыкам соответствуют ГОСТы: 23504-79, 25007-81, 26557-85, а для С1-ТЧ еще и 23475-79. Для работы по радиоканалу ТЧ введен стык С1-ТЧР (ГОСТ 23578-79). Если передача осуществляется через телеграфную сеть, то используется стык С1-ТГ (ГОСТ 22937-78). В случае прямого доступа, т.е. при подключении к сетевому узлу выделенной линией используют модемы для физических линий (например, фирмы Зелакс) со стыками С1-ФЛ (ГОСТы 24174-80, 26532-85), которые имеет три разновидности сигналов: сигнал низкого уровня (С1-ФЛ-НУ), биимпульсный сигнал (С1-ФЛ-БИ) и квазитроичный сигнал (С1-ФЛ-КИ). Биимпульсный сигнал (манчестерский код) применяется широко в локальных сетях, а квазитроичный – в каналах цифровых систем передачи (международный стык G.703), где используется сигнал AMI (с чередованием полярностей импульсов – ЧПИ) или видоизмененный сигнал HDB3, в котором устраняются длинные серии нулей.

Все стыки С1 и соответствующие им ГОСТы разработаны на основе международных стандартов МОС и рекомендаций МСЭ-Т.

Обмен по стыкам С1-ТФ и С1-ТЧ производится модулированными сигналами в рабочей полосе частот каналов тональной частоты. В качестве АКД выступают модемы серии V. При передаче по радиотелефонному каналу используется стык С1-ТЧР. Параметры этих стыков представлены в табл. 2.4 и 2.5.

Рекомендуются следующие значения основных параметров канала ТЧР: отклонение частоты несущего колебания в канале связи – не более ±10 Гц; значение паразитной фазовой модуляции сигнала в полосе частот 300 – 3400 Гц ─ не более ±π/36 рад; нелинейные искажения для передающего устройства не более -35дБ, для приемного устройства ─ не более -50дБ для каналов ТфОП и не более -34 дБ для ведомственных сетей связи.


Таблица 2.4

Параметры стыков С1-ТФ и С1-ТЧ


Параметр

Размер­ность

^ Значение для каналов

ТФ

ТЧ

Номинальное входное и выходное сопротивление УПС

Ом

600

600

Входное сопротивление УПС постоянному току (при токе 25 мА):

- в режиме набора

- для положения замыкания

- для положения размыкания


Ом



≤ 300

≤ 300

≥ 100000



-

-

-

Уровень максимальной среднеминутной мощности сигналов на выходе передатчика УПС:

- для скоростей до 2400 бит/с

- для скоростей свыше 2400 бит/с

дБм0

(мкВт0)



≤ -13 (50)



≤ -15 (32)

≤ -13 (50)

Уровень максимальной среднечасовой мощности сигналов на выходе передатчика УПС

дБм0 (мкВт0)


≤ -15 (32)


≤ -15 (32)

Допустимый выходной уровень средней мощности УПС для работы по ведомственным каналам

дБм0

(мкВт0)


-10 (100)


-10 (100)

Уровень средней мощности на выходе приемника УПС

дБ

-43 -0

-26 -0

Максимальная эквивалентная мощность сигнала:

- при скорости 2400 бит/с

- при скорости 4800 бит/с

мкВт0


-

-


65

200


Таблица 2.5

Параметры стыка С1-ТЧР


Параметр

Размер­­ность

Значение

Диапазон частот для выходного сигнала УПС, выдаваемого в канал ТЧР

Гц

300 - 3400

Номинальное значение входного и выходного сопротивления линейных цепей УПС

Ом

600

Коэффициент отражения (относительно номинального значения входного и выходного сопротивлений) в рабочем диапазоне частот УПС

%

≤ 15

Затухание асимметрии входных и выходных цепей УПС по отношению к «земле»

дБ

≥ 43

Затухание сигналов на частоте 1800 Гц

дБ

≤ 17

Разность затуханий сигналов на частотах 300 и 3400 Гц

дБ

≤13

Измерительные точки сопряжения приемника УПС с радиоприемным устройством

дБ

+10; +4;

-3,5; -8 7



Стыки С1-ФЛ


Передача данных в цепях стыка С1-ФЛ осуществляется импульсными сигналами со скоростями до 480 кбит/с. Номенклатура цепей стыка C1-ФЛ и требования к ним те же, что и в стыках C1-ТФ и С1-ТЧ. Во всех трех типах стыка C1-ФЛ отношение амплитуды импульса положительной полярности (+U) к амплитуде импульса отрицательной полярности (-U) должно быть в пределах 0,95  1,05.

Параметры стыков С1-ФЛ представлены в табл. 2.6.


Таблица 2.6

Основные параметры стыков С1-ФЛ



Параметр


Размерность

^ Значения для стыков

С1-ФЛ-НУ

С1-ФЛ-БИ

С1-ФЛ-КИ

Тип соединительной линии




2- и 4-проводная

4-проводная

4-проводиая

Режим обмена




Асинхронный, синхронный

Синхронный

Синхронный

Скорость передачи

кбит/с

до 20

12 - 48

48 - 480

Номинальное сопротивление УПС:

- входное

- выходное


Ом



50 – 300

150



150+30 150+30



120+24

120+24

Амплитудное значение линейного сигнала:

- на передаче


- на приеме


В





1


≥0.02



1


≥0,05



1 (для скоростей до 72 кбит/с);

2 (для скоростей

72-144 кбит/с);

3 (для скоростей от 192 кбит/с)

≥0,05

Максимальный выброс на вершине относительно номинала амплитуды импульса

%

10

10

10



Для стыка С1-ФЛ-НУ используются разнополярные цифровые сигналы низкого уровня (НУ) без возвращения к нулю (^ NRZ - Non Return to Zero).

Метод NRZ прост в реализации, обладает сравнительно высокой помехоустойчивостью (из-за двух резко отличающихся потенциалов), но не обладает свойством самосинхронизации. При передаче длинной последовательности единиц или нулей сигнал на линии не изменяется, поэтому приемник не может определять по входному сигналу моменты времени, когда нужно в очередной раз считывать данные. Даже при наличии высокостабильного тактового генератора приемник может ошибиться с моментом съема данных, так как частоты двух генераторов никогда не бывают полностью идентичными. Поэтому при высоких скоростях обмена данными и длинных последовательностях единиц или нулей небольшое рассогласование тактовых частот может привести к ошибке в целый такт и, соответственно, считыванию некорректного значения бита.

Другим серьезным недостатком метода NRZ является наличие низкочастотной составляющей, которая приближается к нулю при передаче длинных последовательностей чередующихся единиц или нулей. Из-за этого многие каналы связи, не обеспечивающие прямого гальванического соединения между приемником и источником, этот вид кодирования не поддерживают. В результате в чистом виде код NRZ в сетях не используется. Тем не менее, используются его различные модификации, которые устраняют указанные выше недостатки. Привлекательность кода NRZ состоит в достаточно низкой частоте основной гармоники f0, которая равна N/2 Гц (где N – битовая скорость передачи данных).

Для стыка С1-ФЛ-КИ используется квазитроичный импульсный код с чередованием полярности импульсов – ЧПИ (^ AMI – Bipolar Alternate Mark Inversion).

В этом методе используются три уровня потенциала – отрицательный, нулевой и положительный. Для кодирования логического нуля используется, например, нулевой потенциал, а логическая единица кодируется либо положительным потенциалом, либо отрицательным, при этом потенциал каждой новой единицы противоположен потенциалу предыдущей.

Код AMI частично ликвидирует проблемы наличия постоянной составляющей и отсутствия самосинхронизации, присущие коду NRZ. Это происходит при передаче длинных серий «единиц». В этих случаях сигнал на линии представляет собой серию чередующихся разнополярных импульсов с тем же спектром, что и у кода NRZ, передающего чередующиеся нули и единицы, то есть без постоянной составляющей и с основной гармоникой N/2 Гц (где N - битовая скорость передачи данных). Длинные же серии «нулей» также опасны для кода AMI, как и для кода NRZ – сигнал вырождается в постоянный потенциал нулевой амплитуды.

В целом код AMI приводит к более узкому спектру сигнала, чем для кода NRZ, а значит, и к более высокой пропускной способности линии. Например, при передаче чередующихся единиц и нулей основная гармоника имеет частоту N/4 Гц. Код AMI предоставляет также некоторые возможности по распознаванию ошибочных сигналов. Так, нарушение строгого чередования полярности сигналов говорит о ложном импульсе или исчезновении с линии корректного импульса. Сигнал с некорректной полярностью называется запрещенным сигналом (signal violation).

Нередко применяется модифицированный код AMI (HDB-3), у которого каждая серия из 4-х нулей преобразуется в ненулевую комбинацию по определенному правилу, что обеспечивает повышение устойчивости работы системы тактовой синхронизации.

Стык С1-ФЛ-БИ использует биимпульсные коды. При биимпульсном кодировании каждый такт делится на две части. Информация кодируется перепадами потенциала, происходящими в середине каждого такта. Так как сигнал изменяется, по крайней мере, один раз за такт передачи одного бита данных, то биимпульсный код обладает хорошими самосинхронизирующими свойствами. В простом биимпульсном коде “1” кодируется перепадом от низкого уровня сигнала к высокому, а “0” – обратным перепадом.

Наиболее распространенным биимпульсным кодом является манчестерский код, который применяется в локальных сетях.

Отличие манчестерского кода от простого биимпульсного состоит в том, что каждый следующий логический “0” изменяет фазу биимпульса на противоположную, а “1” сохраняет фазу предыдущего биимпульса.

У манчестерского кода также нет постоянной составляющей, а основная гармоника в худшем случае (при передаче длинной последовательности единиц или нулей) имеет частоту N Гц, а в лучшем (при передаче чередующихся единиц и нулей) она равна N/2 Гц. Манчестерский код имеет еще одно преимущество перед кодом AMI в том, что для передачи данных используется не три уровня сигнала, а два.


Интерфейс G.703


Стандарт G.7O3 основан на следующих рекомендациях ITU-T:

• G.702 «Скорости передачи цифровой иерархии» (речь идет о плезиосинхронной цифровой иерархии – PDH);

• G.704 «Структура синхронных фреймов, основанных на первичном и вторичном иерархических уровнях»;

• I.430 «Пользовательский интерфейс сети ISDN, использующий основную скорость – первый уровень спецификации (протокол сигнализации D-капала)».

Этот стандарт предназначен для использования в сетях не только с иерархией PDH, но и с синхронной цифровой иерархией SDH (скорости передачи и структура фреймов последней приведены в Рекомендациях ITU-T G.708 и G.709). Первоначально же он разрабатывался как базовый интерфейс для систем, использующих импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ).

^ Физические и электрические характеристики. Стандарт регламентирует физические и электрические характеристики интерфейса G.703 для основной скорости передачи данных 64 кбит/с и ряда, порождаемого первичной (североамериканской со скоростями 1544, 6312, 32064, 44736 кбит/с) и вторичной (европейской 2048, 8448, 34368, 139264 кбит/с) иерархиями PDH, а также для дополнительной скорости 97728 кбит/с. Перечислим главные из них:

• схема взаимодействия аппаратуры;

• скорость передачи данных и частота синхронизирующего сигнала;

• тип кода и алгоритм его формирования;

• форма (маска) импульса и соответствующее поле допуска;

• тип используемой кабельной пары для каждого направления передачи;

• нагрузочный импеданс;

• номинальное пиковое напряжение импульса;

• пиковое напряжение при отсутствии импульса;

• номинальная ширина импульса;

• отношение амплитуд положительного и отрицательного импульса к ширине отрицательного;

• максимальное дрожание фазы (jitter) в выходном порту.

Рассмотрим некоторые из этих характеристик более подробно.

^ Схема взаимодействия аппаратуры. Стандартом предусмотрены три схемы взаимодействия между двумя терминальными устройствами (управляющим - управляемым или приемным - передающим):

• сонаправленный интерфейс, СНИ, (^ Correctional Interface). Информационный и тактовый (хронирующий или синхронизирующий) сигналы передаются от одного терминала к другому, причем терминалы равноправны и симметричны;

• разнонаправленный интерфейс, РНИ, (^ Contradi-rectional Interface). Здесь терминалы неравноправны: один из них является управляющим, другой управляемым. Тактовые сигналы направлены только от управляющего терминала к управляемому, а информационные – симметричны.

• интерфейс с центральным тактовым генератором, ЦГИ, (^ Centralized Clock Interface). Тактовые сигналы направлены от центрального задающего генератора к обоим терминалам, а информационные – симметричны.

Скорость передачи данных и частота синхронизирующего сигнала. Эти параметры, указанные в стандарте, в основном соответствуют иерархии PDH. Тактовый (синхронизирующий) сигнал поступает от отдельного источника либо формируется из передаваемого кодированного информационного сигнала. Частота тактового сигнала может совпадать или не совпадать со скоростью передачи данных. В последнем случае она может быть в два, четыре или восемь раз меньше, в зависимости от применяемого метода кодирования данных. Например, для скорости 64 кбит/с номинальной является тактовая частота 64 кГц, но может использоваться и частота 8 кГц (октетная синхронизация), генерируемая блоком управления ИКМ-мультиплексора или внешним источником.

^ Тип кода (алгоритм его формирования). Зависит от скорости передачи данных и схемы взаимодействия аппаратуры интерфейса. Если код не стандартизирован отдельно, то описание алгоритма его формирования дается в самом стандарте G.703, как это сделано для скорости 64 кбит/с при сонаправленной схеме. Если же код стандартизован, то указываются лишь его название и особенности.

^ Форма импульса и соответствующее поле допуска. Эти характеристики специально оговорены для каждой скорости передачи и схемы взаимодействия аппаратуры интерфейса. Маска одиночного импульса для скорости 64 кбит/с приведена на рис. 2.7. При скорости 2048 кбит/с и ее производных форма маски практически не меняется.



Рис. 2.7. Форма импульса для стыка G.703 и пределы допустимых отклонений


^ Тип используемой линии и нагрузочный импеданс. Обычно применяются пары на коаксиальном кабеле, симметричные пары или их сочетания. Нагрузочный импеданс