第2章工業(yè)通信基礎(chǔ)

1、2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua1本章內(nèi)容本章內(nèi)容2.1工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ) 1. 工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念 2. 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 3. 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 4. 差錯控制差錯控制2.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu) 1. 網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介 2.工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式 3.介質(zhì)訪問控制方式介質(zhì)訪問控制方式 2.3 開放系統(tǒng)互連參考模型開放系統(tǒng)互連參考模型 1. OSI參考模型參考模型 2. 網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)互連 3. 現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型現(xiàn)場總線通信協(xié)議模型 工業(yè)網(wǎng)

2、絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua22.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1. 工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念 n工業(yè)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)工業(yè)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l工業(yè)數(shù)據(jù)通信的基本任務(wù)工業(yè)數(shù)據(jù)通信的基本任務(wù)計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域中，通過智計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域中，通過智能化的現(xiàn)場設(shè)備把車間層和設(shè)備層的工業(yè)數(shù)據(jù)安全準確地傳送到上能化的現(xiàn)場設(shè)備把車間層和設(shè)備層的工業(yè)數(shù)據(jù)安全準確地傳送到上層網(wǎng)絡(luò)中，從而為實現(xiàn)真正的企業(yè)層網(wǎng)絡(luò)中，從而為實現(xiàn)真正的企

3、業(yè)ERP提供全生命周期的設(shè)備和現(xiàn)提供全生命周期的設(shè)備和現(xiàn)場數(shù)據(jù)。場數(shù)據(jù)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua32.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1. 工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念 n工業(yè)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)工業(yè)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)l工業(yè)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)基礎(chǔ)工業(yè)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)基礎(chǔ)主要涉及通信協(xié)議、信號編碼、數(shù)據(jù)傳輸和交換、安全、通信控制主要涉及通信協(xié)議、信號編碼、數(shù)據(jù)傳輸和交換、安全、通信控制和軟硬件平臺等。和軟硬件平臺等。l工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成工業(yè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成主要由數(shù)據(jù)

4、信息的發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸介質(zhì)、傳輸報文、通主要由數(shù)據(jù)信息的發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、傳輸介質(zhì)、傳輸報文、通信協(xié)議等組成。信協(xié)議等組成。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua42.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1. 工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念 n 數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語l數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)(Data)：數(shù)據(jù)是任何描述物體概念、情況、形勢的事實、數(shù)字、字數(shù)據(jù)是任何描述物體概念、情況、形勢的事實、數(shù)字、字母和符號。也可以說數(shù)據(jù)是母和符號。也可以說數(shù)據(jù)

5、是傳遞（攜帶）信息的實體，信息傳遞（攜帶）信息的實體，信息(Information)(Information)則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋模擬模擬(Analog)(Analog)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)；數(shù)字數(shù)字(Digital)(Digital)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)。l信號信號(Signal)(Signal)：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式傳播式傳播模擬信號；模擬信號；數(shù)字信號數(shù)字信號 。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua52.

6、1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1. 工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念 n 數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語l信道信道(Channel)：傳送信息的線路（或通路）。：傳送信息的線路（或通路）。數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道。數(shù)字通信的優(yōu)點數(shù)字通信的優(yōu)點抗噪聲（干擾）能力強抗噪聲（干擾）能力強可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量便于用計算機進行處理便于用計算機進行處理易于加密、保密性強易于加

7、密、保密性強可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信。僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信。 如用如用modem通過撥號通過撥號線路傳輸數(shù)字信號。線路傳輸數(shù)字信號。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua62.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1. 工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念 n 數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語l信道帶寬信道帶寬（Band Width）：信道上傳輸?shù)氖请姶挪ㄐ盘?，某個：信道上傳

8、輸?shù)氖请姶挪ㄐ盘?，某個信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬。數(shù)據(jù)通信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的信道傳輸?shù)氖请姶挪ㄐ畔到y(tǒng)的信道傳輸?shù)氖请姶挪? (包括無線電、微波、光波等包括無線電、微波、光波等) )，帶，帶寬就是它所能傳輸電磁波的最大有效頻率與最小有效頻率之差。寬就是它所能傳輸電磁波的最大有效頻率與最小有效頻率之差。l信道容量信道容量(Channel capacity) ：信道的傳輸能力是有一定限制的，：信道的傳輸能力是有一定限制的，某個信道傳輸數(shù)據(jù)的速率有一個上限，叫作信道的最大傳輸速率，某個信道傳輸數(shù)據(jù)的速率有一個上限，叫作信道的最大傳輸速率

9、，即信道容量。信道的最大傳輸速率是與信道帶寬有直接聯(lián)系的。即信道容量。信道的最大傳輸速率是與信道帶寬有直接聯(lián)系的。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua72.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1. 工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念 n 數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語l碼元碼元(Code Cell)：時間軸上的一個信號編碼單元。：時間軸上的一個信號編碼單元。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright

10、 by Wang Yonghua82.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)1. 工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的基本概念 n 數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語數(shù)據(jù)通信的一些基本術(shù)語l數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率 比特率比特率(Bit Rate)：數(shù)據(jù)傳輸速率：數(shù)據(jù)傳輸速率 (bps，b/s)。每秒鐘傳遞的。每秒鐘傳遞的bit數(shù)。數(shù)。 波特率（波特率（Baud Rate）：信號傳輸速率（）：信號傳輸速率（baud）。每秒鐘傳）。每秒鐘傳遞的信號脈沖（波形）數(shù)。還可以說是每秒鐘傳送的碼元數(shù)。遞的信號脈沖（波形）數(shù)。還可以說是每秒鐘傳送的碼元數(shù)。 Rbit = Rbaud log2M式中：式中：M為信號的有效

11、狀態(tài)數(shù)，即碼元數(shù)。當(dāng)為信號的有效狀態(tài)數(shù)，即碼元數(shù)。當(dāng)M2時（二進制數(shù)時（二進制數(shù)表示信號波形），兩者相等。一般來說波特率小于比特率。表示信號波形），兩者相等。一般來說波特率小于比特率。l誤碼率誤碼率(Bit error rate)：信道傳輸?shù)目煽啃灾笜耍盒诺纻鬏數(shù)目煽啃灾笜?P= 錯誤的位數(shù)錯誤的位數(shù) / 傳輸?shù)目偽粩?shù)傳輸?shù)目偽粩?shù)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua92.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 n為什么要進行數(shù)據(jù)編碼？為什么要進行數(shù)據(jù)編碼？l工業(yè)數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)

12、的任務(wù)是傳送數(shù)據(jù)或指令等信息，而這些信工業(yè)數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)的任務(wù)是傳送數(shù)據(jù)或指令等信息，而這些信息通常用離散的二進制息通常用離散的二進制0、1序列的方式來表示，即用序列的方式來表示，即用0、1的不同的不同組合來表示不同的信息內(nèi)容。例如用組合來表示不同的信息內(nèi)容。例如用00、01、10、11來分別表來分別表示電動機的停止、運行、錯誤和不確定等四個狀態(tài)。示電動機的停止、運行、錯誤和不確定等四個狀態(tài)。l通過編碼把一種組合與一個確定的內(nèi)容聯(lián)系起來。編碼要得到通通過編碼把一種組合與一個確定的內(nèi)容聯(lián)系起來。編碼要得到通信各方的認同。信各方的認同。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V

13、2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua102.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 n編碼種類編碼種類l不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種組合，每一種相種組合，每一種相應(yīng)地需要進行不同的編碼處理。應(yīng)地需要進行不同的編碼處理。 數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù) 信號：模擬信號、數(shù)字信號信號：模擬信號、數(shù)字信號 信道：模擬信道、數(shù)字信道信道：模擬信道、數(shù)字信道工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wa

14、ng Yonghua112.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 n編碼和調(diào)制編碼和調(diào)制l用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼編碼l用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制調(diào)制 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua122.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 n數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼l定義：用高低電平的矩形脈沖信號來表示數(shù)據(jù)的定義：用高低電平的矩形脈沖信號來表示數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)。狀態(tài)。l數(shù)字編碼的種類

15、有：單極性碼、雙極性碼、歸零碼、非歸零碼、差分碼、數(shù)字編碼的種類有：單極性碼、雙極性碼、歸零碼、非歸零碼、差分碼、Manchester編碼等。工業(yè)通信中常用的是非歸零碼和編碼等。工業(yè)通信中常用的是非歸零碼和Manchester編碼。編碼。l非歸零碼：邏輯非歸零碼：邏輯1表示高電平，邏輯表示高電平，邏輯0表示低電平，在整個碼元期間都維表示低電平，在整個碼元期間都維持有效電平的編碼。持有效電平的編碼。優(yōu)點：能夠比較有效地利用信道的帶寬，這是最常用的編碼之一。優(yōu)點：能夠比較有效地利用信道的帶寬，這是最常用的編碼之一。缺點：缺點：存在直流分量，不具備自同步機制，必須使用外同步。存在直流分量，不具備自同

16、步機制，必須使用外同步。l曼徹斯特編碼：在每個碼元的中間都要發(fā)生跳變。曼徹斯特編碼：在每個碼元的中間都要發(fā)生跳變。接收端可將此變化提接收端可將此變化提取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發(fā)送設(shè)備的時鐘保持一致。是取出來作為同步信號，使接收端的時鐘與發(fā)送設(shè)備的時鐘保持一致。是工業(yè)數(shù)據(jù)通信中最常用的一種基帶信號編碼工業(yè)數(shù)據(jù)通信中最常用的一種基帶信號編碼優(yōu)點：不需要外同步信號，不存在直流分量。優(yōu)點：不需要外同步信號，不存在直流分量。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。倍）。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2

17、V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua132.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua142.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 n數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制編碼l定義：定義：用模擬信號來表示數(shù)據(jù)的用模擬信號來表示數(shù)據(jù)的0、1狀態(tài)。狀態(tài)。l常用技術(shù)常用技術(shù) 幅移鍵控幅移鍵控ASK(Amplitude Shift Keying)，調(diào)幅，調(diào)幅頻移鍵控頻移鍵控FSK(Frequency Shift

18、 Keying)，調(diào)頻。，調(diào)頻。相移鍵控相移鍵控PSK(Phase Shift Keying) ，調(diào)相，調(diào)相l(xiāng)基本原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進行調(diào)制?；驹恚河脭?shù)字信號對載波的不同參量進行調(diào)制。 載波載波 S(t) = A cos ( t+ ) S(t)的參量包括：的參量包括： 幅度幅度A、頻率頻率 、相位相位 調(diào)制就是要使這三個參量隨數(shù)字基帶信號的變化而變化調(diào)制就是要使這三個參量隨數(shù)字基帶信號的變化而變化l舉例說明：舉例說明：ASK：用載波的兩個不同振幅表示：用載波的兩個不同振幅表示0(0v)和和1(+5v)FSK：用載波的兩個不同頻率表示：用載波的兩個不同頻率表示0(1.2KHz)

19、和和1(2.4KHz)。現(xiàn)場總?，F(xiàn)場總線的線的HART通信信號采用這種編碼方式。通信信號采用這種編碼方式。PSK：用載波的起始相位的變化表示：用載波的起始相位的變化表示0 (同相同相)和和1(反相反相)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua152.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua162.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 n 數(shù)據(jù)

20、通信方式（數(shù)據(jù)流動方向）數(shù)據(jù)通信方式（數(shù)據(jù)流動方向）l 單工：單工：數(shù)據(jù)單向傳輸。例如無線電廣播、計算機與鍵數(shù)據(jù)單向傳輸。例如無線電廣播、計算機與鍵盤之間；盤之間；l 半雙工：半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能在同一時刻雙向傳輸。例數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能在同一時刻雙向傳輸。例如對講機。這種方式具有控制簡單可靠、通信成本低等優(yōu)點。工如對講機。這種方式具有控制簡單可靠、通信成本低等優(yōu)點。工業(yè)數(shù)據(jù)通信中常用這種方式。業(yè)數(shù)據(jù)通信中常用這種方式。l全雙工：全雙工：數(shù)據(jù)可同時雙向傳輸。例如電話，計算機與計算機之間。數(shù)據(jù)可同時雙向傳輸。例如電話，計算機與計算機之間。這種方式控制相對復(fù)雜，系統(tǒng)成本高，但通信效

21、率高，隨著大規(guī)這種方式控制相對復(fù)雜，系統(tǒng)成本高，但通信效率高，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，這種方式會更廣泛地使用。模集成電路的發(fā)展，這種方式會更廣泛地使用。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua172.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 n 數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式l 串行傳輸（串行傳輸（Serial Transmission）：）：數(shù)據(jù)流以串行方式逐數(shù)據(jù)流以串行方式逐位地在一條信道上傳輸。每次只能發(fā)送一個數(shù)據(jù)位，發(fā)送方必須確定是位地在一條信道上傳輸。每次只能發(fā)送一個數(shù)據(jù)位，

22、發(fā)送方必須確定是先發(fā)數(shù)據(jù)的高位還是低位；同理，接收方也必須知道所收到字節(jié)的第一先發(fā)數(shù)據(jù)的高位還是低位；同理，接收方也必須知道所收到字節(jié)的第一個數(shù)據(jù)位應(yīng)該在什么位置。個數(shù)據(jù)位應(yīng)該在什么位置。這種方式適合距離較遠的數(shù)據(jù)通信，但需要這種方式適合距離較遠的數(shù)據(jù)通信，但需要在收發(fā)雙方采取同步措施。在收發(fā)雙方采取同步措施。l 并行傳輸（并行傳輸（Parallel Transmission)：數(shù)據(jù)以成組的方式數(shù)據(jù)以成組的方式在兩條以上的并行通道上同時傳輸。每個數(shù)據(jù)位使用單獨的一條在兩條以上的并行通道上同時傳輸。每個數(shù)據(jù)位使用單獨的一條導(dǎo)線，所以它可以同時傳輸一組數(shù)據(jù)位。因為它有一條導(dǎo)線，所以它可以同時傳輸一

23、組數(shù)據(jù)位。因為它有一條“選通選通”線通知接收方接收數(shù)據(jù)，所以不需要特別的措施實現(xiàn)收發(fā)雙方的線通知接收方接收數(shù)據(jù)，所以不需要特別的措施實現(xiàn)收發(fā)雙方的同步。顯然，這種方式成本高，不適合遠距離的通信。同步。顯然，這種方式成本高，不適合遠距離的通信。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua182.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b

24、0b0b1b2b3b4b5b6b7串行信道并行信道(a)并行數(shù)據(jù)傳輸(b)串行數(shù)據(jù)傳輸2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua192.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 n 數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式l在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，各種處理工作都是在一定的時序脈沖控制下在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，各種處理工作都是在一定的時序脈沖控制下進行的，收發(fā)端工作的協(xié)調(diào)一致性是實現(xiàn)信息傳輸?shù)年P(guān)鍵，這就進行的，收發(fā)端工作的協(xié)調(diào)一致性是實現(xiàn)信息傳輸?shù)年P(guān)鍵，這就是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的傳輸同步問題。傳輸同步問題。l并行通信并行通信中使用中使用“選通選

25、通”信號來解決同步問題。信號來解決同步問題。l串行通信串行通信中的中的一個基本要求是接收方必須知道它所接收的每一位一個基本要求是接收方必須知道它所接收的每一位的開始時間和持續(xù)時間。這就要求的開始時間和持續(xù)時間。這就要求收發(fā)雙方需要使用時鐘信號，收發(fā)雙方需要使用時鐘信號，并通過一定的方式來決定什么時候發(fā)送和讀取每一位數(shù)據(jù)。并通過一定的方式來決定什么時候發(fā)送和讀取每一位數(shù)據(jù)。l異步傳輸和同步傳輸異步傳輸和同步傳輸是解決串行通信同步傳輸?shù)姆椒āＪ墙鉀Q串行通信同步傳輸?shù)姆椒?。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang

26、Yonghua202.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 n數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式l異步傳輸：異步傳輸：每個每個字符字符作為一個單元獨立傳輸，字符之間的傳輸間隔任意。作為一個單元獨立傳輸，字符之間的傳輸間隔任意。為了標志字符的開始和結(jié)尾，在每個字符的開始加一位起始位，結(jié)尾加為了標志字符的開始和結(jié)尾，在每個字符的開始加一位起始位，結(jié)尾加1 1位、位、1.51.5位或位或2 2位停止位，構(gòu)成一個個的位停止位，構(gòu)成一個個的“字符字符”。這里的。這里的“字符字符”指指異步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元，不同于異步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元，不同于“字節(jié)字節(jié)”，一般略大于一個字節(jié)。，一般略大于一個字節(jié)。l異步傳

27、輸使用的是字符同步方式。異步傳輸使用的是字符同步方式。 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 起始位數(shù)據(jù)位0數(shù)據(jù)位1數(shù)據(jù)位2數(shù)據(jù)位3數(shù)據(jù)位4數(shù)據(jù)位5數(shù)據(jù)位6校驗位停止位停止位字符2字符1字符3字符4任意間隔任意間隔任意間隔2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua212.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 n數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式l同步傳輸：同步傳輸：同步傳輸方式不是對每個字符單獨進行同步，而是對一組字同步傳輸方式不是對每個字符單獨進行同步，而是對一組字符組成的數(shù)據(jù)塊進行同步。同步的方法不是加一位停止位，而是在數(shù)

28、據(jù)符組成的數(shù)據(jù)塊進行同步。同步的方法不是加一位停止位，而是在數(shù)據(jù)塊前面加特殊模式的位組合塊前面加特殊模式的位組合( (如如01111110)01111110)或同步字符或同步字符(SYN)(SYN)，并且通過，并且通過位填充或字符填充技術(shù)保證數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)不會與同步字符混淆。位填充或字符填充技術(shù)保證數(shù)據(jù)塊中的數(shù)據(jù)不會與同步字符混淆。 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 0111111001111110BAX. .01111110SYNSYNBAX. .SYN同步字符(一個或多個)同步位模式(一個或多個)可變長度的位數(shù)據(jù)塊可變長度的字符數(shù)據(jù)塊2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程

29、 Copyright by Wang Yonghua222.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 n數(shù)據(jù)同步方式數(shù)據(jù)同步方式l位同步（位同步（bit synchronous）：）：目的是使接收端接收的每一位信目的是使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步。息都與發(fā)送端保持同步。面向位塊的同步傳輸面向位塊的同步傳輸外同步外同步發(fā)送端發(fā)送同步時鐘信號，接收方用它來鎖定自己的時發(fā)送端發(fā)送同步時鐘信號，接收方用它來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。鐘脈沖頻率。自同步自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），這些數(shù)據(jù)編碼信號通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），這些數(shù)據(jù)編碼信號包含了同步脈沖，接收方提取同

30、步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。包含了同步脈沖，接收方提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。 l面向字符塊的同步傳輸面向字符塊的同步傳輸工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua232.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 n信號傳輸模式信號傳輸模式l基帶傳輸：基帶傳輸：基帶傳輸在基本不改變數(shù)字數(shù)據(jù)信號波形的情況下直基帶傳輸在基本不改變數(shù)字數(shù)據(jù)信號波形的情況下直接傳輸數(shù)字信號，具有速率高和誤碼率低等優(yōu)點，在計算機網(wǎng)絡(luò)接傳輸數(shù)字信號，具有速率高和誤碼率低等優(yōu)點，在計算機網(wǎng)絡(luò)通信和工

31、業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信中被廣泛采用。通信和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信中被廣泛采用。l載波傳輸：載波傳輸：載波傳輸是先用數(shù)字信號對載波進行調(diào)制，然后進行載波傳輸是先用數(shù)字信號對載波進行調(diào)制，然后進行傳輸?shù)膫鬏斈Ｊ健鬏數(shù)膫鬏斈Ｊ?。l頻帶傳輸：頻帶傳輸：利用模擬信道傳輸信號的傳輸方式叫做頻帶傳輸或?qū)捓媚M信道傳輸信號的傳輸方式叫做頻帶傳輸或?qū)拵鬏敗ｎl帶傳輸?shù)膬?yōu)點是可以利于現(xiàn)有的大量模擬信道帶傳輸。頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點是可以利于現(xiàn)有的大量模擬信道( (如模如模擬電話交換網(wǎng)擬電話交換網(wǎng)) )通信。價格便宜，容易實現(xiàn)。家庭用戶撥號上網(wǎng)通信。價格便宜，容易實現(xiàn)。家庭用戶撥號上網(wǎng)就屬于這一類通信。它的缺點是速率低，誤碼率高。就屬于這一

32、類通信。它的缺點是速率低，誤碼率高。l異步轉(zhuǎn)移模式異步轉(zhuǎn)移模式（ATM，asynchronous transfer mode）：）：是是ISOISO制定的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸體制。具有高速數(shù)據(jù)傳輸率和支持許多制定的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸體制。具有高速數(shù)據(jù)傳輸率和支持許多種類型如聲音、數(shù)據(jù)、傳真、實時視頻、種類型如聲音、數(shù)據(jù)、傳真、實時視頻、CDCD質(zhì)量音頻和圖象的通質(zhì)量音頻和圖象的通信。信。 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua242.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)差錯控制差錯控制n產(chǎn)生差錯的原因：產(chǎn)

33、生差錯的原因：l信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；l信號反射；信號反射；l串?dāng)_；串?dāng)_；l閃電、大功率電機的啟停等。閃電、大功率電機的啟停等。線路傳輸差錯是不可避免的，但要盡量減小其影響。線路傳輸差錯是不可避免的，但要盡量減小其影響。n如何提高通信質(zhì)量？如何提高通信質(zhì)量？l采用高質(zhì)量的通信線路采用高質(zhì)量的通信線路可以降低線路內(nèi)部噪聲，但對外部干擾無能為力。可以降低線路內(nèi)部噪聲，但對外部干擾無能為力。價格高。價格高。l在外部采取抗干擾措施在外部采取抗干擾措施工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)

34、用教程 Copyright by Wang Yonghua252.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)差錯控制差錯控制n如何提高通信質(zhì)量？如何提高通信質(zhì)量？l采用差錯控制方法采用差錯控制方法一種軟的控制技術(shù)。它容忍差錯的存在，但能夠發(fā)現(xiàn)，并設(shè)法加以一種軟的控制技術(shù)。它容忍差錯的存在，但能夠發(fā)現(xiàn)，并設(shè)法加以糾正。這是普遍采用的提高通信質(zhì)量的方法。糾正。這是普遍采用的提高通信質(zhì)量的方法。原理：對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行抗干擾編碼，即按一定的規(guī)則給被傳送原理：對所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行抗干擾編碼，即按一定的規(guī)則給被傳送的數(shù)據(jù)增加一定的冗余碼。冗余碼與被傳送的信息碼一起發(fā)送，經(jīng)的數(shù)據(jù)增加一定的冗余碼。冗余碼與被傳送的

35、信息碼一起發(fā)送，經(jīng)信道傳輸后，接收端按照與發(fā)送端約定的譯碼規(guī)則進行譯碼，從而信道傳輸后，接收端按照與發(fā)送端約定的譯碼規(guī)則進行譯碼，從而發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤。發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤。檢測碼檢測碼：能夠發(fā)現(xiàn)錯誤的編碼稱為檢測碼。檢測碼實現(xiàn)容易，代價：能夠發(fā)現(xiàn)錯誤的編碼稱為檢測碼。檢測碼實現(xiàn)容易，代價小，所以在通信系統(tǒng)中使用得較多。小，所以在通信系統(tǒng)中使用得較多。糾錯碼糾錯碼：能夠發(fā)現(xiàn)錯誤并能糾正錯誤的編碼稱為糾錯碼。：能夠發(fā)現(xiàn)錯誤并能糾正錯誤的編碼稱為糾錯碼。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua26

36、2.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)差錯控制差錯控制n奇偶校驗（奇偶校驗（Parity Checking）l原理：在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位增加一個附加比特位，使結(jié)果中原理：在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位增加一個附加比特位，使結(jié)果中1的個的個數(shù)為奇數(shù)數(shù)為奇數(shù)(奇校驗奇校驗)或偶數(shù)或偶數(shù)(偶校驗偶校驗)。增加的位稱為奇偶校驗位。增加的位稱為奇偶校驗位。l舉例：舉例：原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)=1100010，采用偶校驗。，采用偶校驗。 則增加校驗位后的數(shù)據(jù)為則增加校驗位后的數(shù)據(jù)為11100010 若接收方收到的字節(jié)奇偶結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯誤。若接收方收到的字節(jié)奇偶結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了

37、錯誤。l判斷結(jié)果：奇偶校驗只能檢測出奇數(shù)個比特位錯，對偶數(shù)個比特位錯則判斷結(jié)果：奇偶校驗只能檢測出奇數(shù)個比特位錯，對偶數(shù)個比特位錯則無能為力。無能為力。l說明：有多種奇偶校驗方法，如：垂直奇偶檢驗、水平奇偶檢驗、水平說明：有多種奇偶校驗方法，如：垂直奇偶檢驗、水平奇偶檢驗、水平垂直奇偶檢驗等，簡單的奇偶檢驗檢測效果不好，而復(fù)雜的奇偶檢驗效垂直奇偶檢驗等，簡單的奇偶檢驗檢測效果不好，而復(fù)雜的奇偶檢驗效果雖然要好很多，但如果考慮計算的工作量和效果的話，還不如使用果雖然要好很多，但如果考慮計算的工作量和效果的話，還不如使用CRC。所以簡單的奇偶檢驗在要求不高的場合得到了廣泛使用，但復(fù)雜。所以簡單的奇

38、偶檢驗在要求不高的場合得到了廣泛使用，但復(fù)雜的奇偶檢驗應(yīng)用不多。的奇偶檢驗應(yīng)用不多。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua272.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)差錯控制差錯控制n循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（CRC,Cyclic Redundancy Check） 一種通過多項式除法檢測錯誤的方法。一種通過多項式除法檢測錯誤的方法。l檢錯思想：收發(fā)雙方約定一個生成多項式檢錯思想：收發(fā)雙方約定一個生成多項式G(x)（其最高階和最低階系數(shù)（其最高階和最低階系數(shù)必須為必須為1），發(fā)送方在幀的末

39、尾加上校驗和，使帶校驗和的幀的多項式），發(fā)送方在幀的末尾加上校驗和，使帶校驗和的幀的多項式能被能被G(x)整除。接收方收到后，用整除。接收方收到后，用G(x)除多項式，若有余數(shù)，則傳輸有除多項式，若有余數(shù)，則傳輸有錯。錯。l校驗和計算方法校驗和計算方法若若G(x)為為r階，原幀為階，原幀為m位，其多項式為位，其多項式為M(x)，則在原幀后面添加，則在原幀后面添加r個個0，幀成為，幀成為m+r位，相應(yīng)多項式位，相應(yīng)多項式xr M(x) 按模按模2除法用對應(yīng)于除法用對應(yīng)于G(x)的位串去除對應(yīng)于的位串去除對應(yīng)于xr M(x) 的位串，得出余的位串，得出余數(shù)數(shù)按模按模2加法把加法把xr M(x) 的

40、位串與余數(shù)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗的位串與余數(shù)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗和的幀的多項式和的幀的多項式T(x) T(x) = xrM(x) + xrM(x) MOD2 G(x) 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua282.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)差錯控制差錯控制n循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（CRC,Cyclic Redundancy Check） l舉例舉例工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by

41、Wang Yonghua292.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)差錯控制差錯控制n循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（CRC,Cyclic Redundancy Check） l請再做一個驗證：請再做一個驗證：傳送數(shù)據(jù)為：傳送數(shù)據(jù)為：110011多項式比特序列為：多項式比特序列為：11001（最高階為（最高階為4）帶有帶有CRC檢驗碼的接收比特序列為：檢驗碼的接收比特序列為：1100111001l其實其實CRC中的生成多項式不是隨便選定的。它的結(jié)構(gòu)和檢錯效果是要經(jīng)中的生成多項式不是隨便選定的。它的結(jié)構(gòu)和檢錯效果是要經(jīng)過嚴格的數(shù)學(xué)分析與實驗后確定的。目前已有多種生成多項式被列為了過嚴格的數(shù)學(xué)分析與實

42、驗后確定的。目前已有多種生成多項式被列為了國際標準，如：國際標準，如：CRC-12 G(x)=x12+x11+x3+x2+x1+1 CRC-16 G(x)=x16+x15+x2+1 lCRC錯誤檢測方法大約能檢查出錯誤檢測方法大約能檢查出99.95%以上的錯誤。以上的錯誤。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua302.1 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)差錯控制差錯控制n海明碼海明碼 l海明碼是一種可以糾正一位差錯的高效率線性分組糾錯碼。海明碼是一種可以糾正一位差錯的高效率線性分組糾錯碼。l

43、海明嗎有一套較為復(fù)雜的編碼、檢錯和糾錯方法。海明嗎有一套較為復(fù)雜的編碼、檢錯和糾錯方法。l海明距離：一個有效編碼集中，任意兩個碼字的對應(yīng)位取值不同的個數(shù)海明距離：一個有效編碼集中，任意兩個碼字的對應(yīng)位取值不同的個數(shù)的最小值稱為該編碼集的海明距離。的最小值稱為該編碼集的海明距離。如：有效編碼集如：有效編碼集10110、11010的海明距離為的海明距離為2；有效編碼集有效編碼集10101、01111的海明距離為的海明距離為3；有效編碼集有效編碼集10110、11010、10101、01111的海明距離為的海明距離為2。l海明碼的檢錯和糾錯能力可以用海明距離來表示，海明距離越大，檢錯海明碼的檢錯和糾

44、錯能力可以用海明距離來表示，海明距離越大，檢錯和糾錯能力也越強，但所需要冗余的信息也越多。和糾錯能力也越強，但所需要冗余的信息也越多。如果需檢測出如果需檢測出d個錯誤，則海明距離至少應(yīng)為個錯誤，則海明距離至少應(yīng)為d+1；如果要能糾正如果要能糾正d個錯誤，則編碼集中的海明距離至少應(yīng)為個錯誤，則編碼集中的海明距離至少應(yīng)為2d+1。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua312.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介 有線傳輸介質(zhì)：包括雙絞線、同軸電纜和光纖。有線傳輸介

45、質(zhì)：包括雙絞線、同軸電纜和光纖。 無線傳輸介質(zhì)：包括無線電、微波、衛(wèi)星、移動通信等各種通信介質(zhì)。無線傳輸介質(zhì)：包括無線電、微波、衛(wèi)星、移動通信等各種通信介質(zhì)。 工業(yè)通信中常用的是有線傳輸介質(zhì)。工業(yè)通信中常用的是有線傳輸介質(zhì)。n雙絞線（雙絞線（twisted pair)twisted pair)l雙絞線（雙絞線（TP）是一種常用做電信電纜的銅導(dǎo)線。由于銅是非常好的導(dǎo)體，）是一種常用做電信電纜的銅導(dǎo)線。由于銅是非常好的導(dǎo)體，所以它對電磁信號無任何限制。當(dāng)兩根非常接近的銅線都在傳導(dǎo)電信號所以它對電磁信號無任何限制。當(dāng)兩根非常接近的銅線都在傳導(dǎo)電信號時，就會出現(xiàn)一定的電磁干擾，這種干擾稱作串?dāng)_。此外，

46、電磁現(xiàn)象無時，就會出現(xiàn)一定的電磁干擾，這種干擾稱作串?dāng)_。此外，電磁現(xiàn)象無所不在，這便導(dǎo)致傳輸中還會接收到一些從其它地方傳來干擾信號。如所不在，這便導(dǎo)致傳輸中還會接收到一些從其它地方傳來干擾信號。如果把電極相反的一對銅線相互絞在一起，可以減少串?dāng)_以及信號放射程果把電極相反的一對銅線相互絞在一起，可以減少串?dāng)_以及信號放射程度，每一根纏繞著的導(dǎo)線在導(dǎo)電時，發(fā)出的電磁幅射被絞合的另一根線度，每一根纏繞著的導(dǎo)線在導(dǎo)電時，發(fā)出的電磁幅射被絞合的另一根線上發(fā)出的電磁輻射所抵消，隨著單位長度電纜中所纏繞的線的對數(shù)的增上發(fā)出的電磁輻射所抵消，隨著單位長度電纜中所纏繞的線的對數(shù)的增加，防止串饒的能力也增加。加，防

47、止串饒的能力也增加。l雙絞線由兩根雙絞線由兩根2226號絕緣銅線相互纏繞而成。而一對或多對雙絞線安號絕緣銅線相互纏繞而成。而一對或多對雙絞線安置在一置在一 個套桶中時，便形成了雙絞線電纜。有兩種類型的個套桶中時，便形成了雙絞線電纜。有兩種類型的TP電纜：非電纜：非屏蔽雙絞線電纜屏蔽雙絞線電纜 （UTP，unshielded twisted-pair）和屏蔽雙絞線電）和屏蔽雙絞線電纜（纜（STP，shielded twisted-pair）。）。l雙絞線可以用于傳輸模擬傳輸或數(shù)字傳輸。雙絞線可以用于傳輸模擬傳輸或數(shù)字傳輸。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總

48、線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua322.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 計算機局域網(wǎng)中經(jīng)常使用的雙絞線有屏蔽和非屏蔽之分。計算機局域網(wǎng)中經(jīng)常使用的雙絞線有屏蔽和非屏蔽之分。 屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線(STP，Shielded Twisted Pair)：抗干擾性好，性能高，用：抗干擾性好，性能高，用于遠程于遠程 中繼線時，最大距離可以達到十幾公里。但成本也較高，所以一直中繼線時，最大距離可以達到十幾公里。但成本也較高，所以一直沒有廣泛使用，但工業(yè)通信系統(tǒng)中廣泛使用沒有廣泛使用，但工業(yè)通信系統(tǒng)中廣泛使用STP。 非

49、屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線(UTP，Unshielded Twisted Pair)：非屏蔽雙絞線的傳：非屏蔽雙絞線的傳輸距離一般為輸距離一般為100米，性能價格比高，目前被廣泛使用。米，性能價格比高，目前被廣泛使用。 非屏蔽雙絞線有非屏蔽雙絞線有1、2、3、4、5五類，常用的是五類，常用的是3類線和類線和5類線，類線，5類類線既可支持線既可支持100Mbps的快速以太網(wǎng)連接，又可支持到的快速以太網(wǎng)連接，又可支持到150Mbps的的ATM數(shù)數(shù)據(jù)傳輸，是連接桌面設(shè)備的首選傳輸介質(zhì)。據(jù)傳輸，是連接桌面設(shè)備的首選傳輸介質(zhì)。2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang

50、Yonghua332.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介n同軸電纜同軸電纜(coaxial cable)(coaxial cable)：同軸電纜由同軸的內(nèi)外兩個導(dǎo)體組成，：同軸電纜由同軸的內(nèi)外兩個導(dǎo)體組成，內(nèi)導(dǎo)體是一根金屬線，外導(dǎo)體是一根圓柱形的套管，一般是細金屬內(nèi)導(dǎo)體是一根金屬線，外導(dǎo)體是一根圓柱形的套管，一般是細金屬線編制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)外導(dǎo)體之間有絕緣層。線編制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)外導(dǎo)體之間有絕緣層。l同軸電纜支持點到點連接，也支持多點連接。另外，同軸電纜的同軸電纜支持點到點連接，也支持多點連接。另外，同軸電纜的兩端需要有終結(jié)器兩端需要有終結(jié)器( (用用50

51、50歐姆或歐姆或7575歐姆的電阻連接內(nèi)外導(dǎo)體歐姆的電阻連接內(nèi)外導(dǎo)體) )，中，中間連接需要收發(fā)器、間連接需要收發(fā)器、T T形頭、筒形連接器等器件。形頭、筒形連接器等器件。l同軸電纜分基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜同軸電纜分基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜 基帶同軸電纜一般用于二進制數(shù)據(jù)信號的傳輸，多用于計算基帶同軸電纜一般用于二進制數(shù)據(jù)信號的傳輸，多用于計算機局域網(wǎng)；寬帶同軸電纜主要用于高帶寬數(shù)據(jù)通信，支持多機局域網(wǎng)；寬帶同軸電纜主要用于高帶寬數(shù)據(jù)通信，支持多路復(fù)用。路復(fù)用。l同軸電纜的最大優(yōu)點是同軸電纜的最大優(yōu)點是抗干擾性強抗干擾性強，而且支持多點連接。缺點是，而且支持多點連接。缺點是物理物理可靠性

52、不好可靠性不好，在公用機房、教學(xué)樓等人員嘈雜的地方，極易，在公用機房、教學(xué)樓等人員嘈雜的地方，極易出現(xiàn)故障，而且一點發(fā)生故障，整段局域網(wǎng)都無法通信，另外它出現(xiàn)故障，而且一點發(fā)生故障，整段局域網(wǎng)都無法通信，另外它的最大缺點是連接不方便，所以基本已被非屏蔽雙絞線所取代。的最大缺點是連接不方便，所以基本已被非屏蔽雙絞線所取代。 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua342.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 內(nèi)芯2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用

53、教程 Copyright by Wang Yonghua352.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介n光纜光纜(optical fiber)(optical fiber)：即光導(dǎo)纖維。根據(jù)制作材料的不同，分為玻：即光導(dǎo)纖維。根據(jù)制作材料的不同，分為玻璃光纖、塑料光纖等，玻璃光纖價格要高于塑料光纖，但其性能也璃光纖、塑料光纖等，玻璃光纖價格要高于塑料光纖，但其性能也高于后者。高于后者。l特點：特點：依靠光波承載信息；依靠光波承載信息；速率高，通信容量大，僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（速率高，通信容量大，僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（100Gb/s100Gb/s）；）；傳輸損耗

54、小，適合長距離傳輸；傳輸損耗小，適合長距離傳輸；抗干擾性能極好，保密性好；抗干擾性能極好，保密性好；輕便；輕便；價格高，連接不方便。價格高，連接不方便。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua362.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介l光纖通信的原理光纖通信的原理 見圖，入射角見圖，入射角逐漸增大，逐漸增大，1212是折射角，光纖通信的原是折射角，光纖通信的原理，是基于光線由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，在入射角足夠大的情況下會發(fā)生全理，是基于光線由光密介質(zhì)進入光疏

55、介質(zhì)時，在入射角足夠大的情況下會發(fā)生全反射的特性射角達到反射的特性射角達到33時，發(fā)生全反射，即光波能量幾乎全部反射，這樣才可時，發(fā)生全反射，即光波能量幾乎全部反射，這樣才可以達到長距離高速傳輸?shù)哪康摹Ｒ赃_到長距離高速傳輸?shù)哪康?。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 入射光1122折射光折射光反射光3光密介質(zhì)光疏介質(zhì)2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua372.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介l光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測器光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測器光源光源: 850nm/1300nm

56、/1500nm: 850nm/1300nm/1500nm， 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 / / 激光二極管激光二極管介質(zhì)介質(zhì): : 光纖光纖光檢測器光檢測器: : 光電二極管光電二極管PIN/PIN/雪崩二極管雪崩二極管APDAPD工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua382.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)1.網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介網(wǎng)絡(luò)的傳輸媒介n無線通信：主要有微波、紅外和激光等。適合于在地理上或安裝上無線通信：主要有微波、紅外和激光等。適合于在地理上或安裝上有要求的場合，或頻繁移動的設(shè)備。在實際

57、工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的底層使有要求的場合，或頻繁移動的設(shè)備。在實際工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的底層使用的不多。用的不多。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua392.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的拓撲形式就是節(jié)點的互連形式。常見的是：總線型、環(huán)形、星形和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的拓撲形式就是節(jié)點的互連形式。常見的是：總線型、環(huán)形、星形和樹形等。樹形等。n總線型：通過一條總線電纜作為傳輸介質(zhì)，各節(jié)點通過接口接入總線。是工總線型：通過一條總線電纜作為傳輸介質(zhì)，各節(jié)點通

58、過接口接入總線。是工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中最常用的一種拓撲形式。業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)中最常用的一種拓撲形式。l特點：特點：通信可以是點對點方式，也可以是廣播方式；通信可以是點對點方式，也可以是廣播方式；接入容易，擴展方便；接入容易，擴展方便；節(jié)省電纜。節(jié)省電纜。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua402.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式 n星形與樹形：在星形拓撲中，每個節(jié)點通過點對點連接到中央節(jié)點，任何節(jié)星形與樹形：在星形拓撲中，每個節(jié)點通過點對點連接到中央節(jié)點

59、，任何節(jié)點之間的通信都通過中央節(jié)點進行。樹形拓撲是星形拓撲的變種。常用于節(jié)點之間的通信都通過中央節(jié)點進行。樹形拓撲是星形拓撲的變種。常用于節(jié)點密集的地方，在商業(yè)和民用網(wǎng)絡(luò)中使用較多。點密集的地方，在商業(yè)和民用網(wǎng)絡(luò)中使用較多。l特點特點維護、管理簡單；維護、管理簡單；每個結(jié)點的通信負擔(dān)很小，所以沖突小。每個結(jié)點的通信負擔(dān)很小，所以沖突小。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua412.2 工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲形式 n環(huán)形：通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點點對點的鏈

60、路的連接，構(gòu)成一個環(huán)路。信號在環(huán)路上從環(huán)形：通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點點對點的鏈路的連接，構(gòu)成一個環(huán)路。信號在環(huán)路上從一個設(shè)備到另一個設(shè)備單向傳輸，直到信號到達目的地為止。一個設(shè)備到另一個設(shè)備單向傳輸，直到信號到達目的地為止。l特點特點各節(jié)點以令牌方式實現(xiàn)對共享介質(zhì)的訪問控制；各節(jié)點以令牌方式實現(xiàn)對共享介質(zhì)的訪問控制；使用光纜等傳輸介質(zhì)，傳輸率高，適合于工業(yè)環(huán)境；使用光纜等傳輸介質(zhì)，傳輸率高，適合于工業(yè)環(huán)境；在一些重要的場合可采用雙環(huán)。在一些重要的場合可采用雙環(huán)。工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信工業(yè)網(wǎng)絡(luò)與通信基礎(chǔ)知識基礎(chǔ)知識 2007.2 V2.0現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程 Copyright by Wang Yonghua42