Arhitectura sistemelor distribuite 12

În figura 1.6 este ilustrat modelul OSI:Fiecare sistem conţine câte şapte nivele. Comunicaţia se realizează între

aplicaţiile notate AP X şi AP Y din cele două sisteme. Dacă AP X doreşte să transmită un mesaj către AP Y atunci este solicitat nivelul 7. Acesta stabileşte o relaţie de tip "peer-to-peer" cu nivelul 7 al sistemului receptor, folosind un protocol specific acestui nivel. Acest protocol foloseşte servicii oferite de nivelul 6. La rândul său, nivelul 6 foloseşte un protocol propriu şi aşa mai departe până la nivelul fizic care realizează transmisia biţilor prin mediul de transmisie.

Observaţie: Între nivelele pereche nu există o comunicaţie directă cu excepţia nivelului fizic.

Atunci când aplicaţia X are de transmis un mesaj către aplicaţia Y, informaţia este transferată către "application layer". Aici se adaugă un header ce conţine informaţie necesară protocolului corespunzator nivelului 7 pereche (operaţia se numeşte încapsulare). Datele originale plus acest header sunt transferate sub forma unei unităţi de date către nivelul 6. "Presentation layer" tratează întreaga entitate ca pe o dată şi Ti adaugă propriul header (a doua încapsulare). Acest proces continuă în jos până la nivelul 2 care, în general, adaugă datelor atât un header cât şi o coadă. Entitatea rezultată poartă numele de pachet şi este transferată prin nivelul fizic către mediul de transmisie. Când pachetul este recepţionat de sistemul destinaţie are loc un proces invers. Fiecare nivel îşi extrage headerul corespunzător conţinând informaţii solicitate de protocolul folosit în comun la acel nivel.

13 COMUNICAŢII DE DATE

INTERFAŢA ELECTRIC~

2.1 Linii de transmisie

După cum se cunoaşte, pentru transmiterea unor date binare pe o linie de transmisie, cifrele binare trebuie convertite în semnale electrice (ex. pentru "1" logic corespunde un semnal tensiune de amplitudine +V, iar pentru "0" logic -V).

În practică, transmisia acestor semnale electrice poate fi atenuată sau dis-torsionată datorită imperfecţiunii mediului de transmisie. Aceasta are ca efect

Arhitectura sistemelor distribuite 14

faptul că receptorul nu poate face deosebirea între "0" logic şi "1" logic (figura 2.1).

Factorii ce influenţează calitatea transmisiei sunt:

tipul mediului de transmisie; viteza de transmisie folosită; distanţa între echipamentele ce comunică.

Deoarece efectele datorate atenuării şi distorsiunilor pot fi evaluate pentru diferite medii de transmisie şi distanţe între DTE, există în prezent standarde internaţionale bine definite privind interfaţa electrică între DTE.

Aceste standarde includ nu numai definirea nivelelor semnalelor electrice, dar şi folosirea şi semnificaţia diverselor semnale de control şi convenţii folosite la nivel fizic. Elaborarea acestor standarde a fost făcută de două organizaţii: CCITT (Consultative Commettee of International Telegraph and Telephone) în Europa şi EIA (Electrical Industries Association) în U.S.A.

2.1.1 Linii deschise din două fire

Acestea reprezintă mediul de transmisie cel mai simplu. Într-o astfel de linie, fiecare fir este izolat şi liber în spaţiu (figura 2.2 a). Acest tip de linie este folosit pentru conectarea a două DTE aflate la distanţă mică (<50m) şi folosirea unei rate de transmisie modestă (<19.2Kbps). Semnalul (de obicei nivel de tensiune sau curent) este aplicat pe unul din fire, iar referinţa (masa) pe celălalt fir.

Liniile deschise din 2 fire se pot folosi şi pentru interconectarea a 2 DTE, dar de obicei sunt utilizate pentru conectarea unui DTE (Data Terminal Equipment) cu un DCE (Data Communication Equipment - de ex. modem). Aşa cum se va vedea, astfel de conexiuni folosesc de obicei mai multe linii utilizând câte un fir pentru fiecare semnal şi un singur fir pentru masa comună. Setul complet de fire poate fi sub forma unui cablu multifir (multicore cable) sau cablu plat (panglică) (ribbon cable).

În cazul acestui tip de linie de transmisie pot să apară două fenomene nedorite:

1. diafonia – interferenţa între semnalele electrice din două fire alăturate ale aceluiaşi cablu;

2. semnale tip zgomot datorate radiaţiei electromagnetice a altor surse de semnale electrice.

Problema principală a interferenţei semnalelor este că aceasta se poate produce numai în unul din fire (de exemplu în firul de semnal, nu şi în firul de

15 COMUNICAŢII DE DATE

masă) cum receptorul interpretează diferenţa de semnal dintre cele două fire va rezulta o eroare de interpretare a semnalului recepţionat (semnal util şi zgomot).

Toţi aceşti factori contribuie la limitarea lungimii liniei şi a vitezei de transmisie.

2.1.2 Linie de transmisie din două fire torsadate O mult mai bună imunitate la zgomot se poate obţine prin folosirea firelor

torsadate - twisted pair line (figura 2.2 b). Prin torsadare firele se află foarte aproape unul de celălalt (lipite) pe toată lungimea lor. Astfel, probabilitatea de a se induce semnale parazite numai în unul din fire scade mult. Zgomotul se va induce aproape identic în cele două fire, efectul asupra semnalului diferenţă interpretat la recepţie fiind aproape nul.

Astfel de linii de transmisie pot fi folosite la o rată de transfer de aprox. 1Mbps şi pentru distanţe mai mici de 100 m (pentru distanţe mai mari trebuie scăzută rata de transfer).

În unele cazuri se folosesc cabluri împletite, dar şi cu un ecran protector pentru a reduce influenţa câmpurilor electromagnetice exterioare. Acestea se numesc cabluri ecranate cu fire torsadate.

2.1.3 Cablu coaxial

Principala limitare a liniilor din fire torsadate este dată de efectul de suprafaţă (skin effect). Datorită frecvenţei mari de transmisie curentul ce trece prin fire tinde să se deplaseze numai la suprafaţa exterioară a firului. Astfel, o mare parte a suprafeţei secţiunii firului ramâne nefolosită ducând la creşterea rezistenţei electrice a firului. În plus, la frecvenţe mari, o importantă parte a puterii semnalului se pierde prin radiaţie.

Arhitectura sistemelor distribuite 16

17 COMUNICAŢII DE DATE

De aceea, pentru rate mai mari de 1 Mbps se recomandă folosirea unui alt tip de cablu. Un tip de linie de transmisie ce micşorează aceste efecte negative este cablul coaxial (figura 2.2 c):

În cazul ideal spaţiul între doi conductori ar trebui să fie aer. În practică însă, acesta este un material dielectric solid sau de tip fagure. Cablul coaxial poate fi folosit pentru comunicaţii la sute de metri şi cu o rată de 10 -20 Mbps.

2.1.4 Fibra optică

Cablurile realizate din fibre optice permit transmisia informaţiei sub forma unui flux luminos de intensitate variabilă. Undele luminoase asigură performanţe mult mai ridicate decât undele electrice, astfel încât cablurile din fibre optice pot fi folosite pentru rate de transfer foarte mari (x100 Mbps).

Folosirea acestui tip de cablu elimină posibilitatea apariţiei diafoniei şi interferenţelor electromagnetice. De aceea sunt foarte utile în fabrici unde se folosesc echipamente ce utilizează tensiuni şi curenţi mari.

Cablul cu fire optice este alcătuit dintr-o fibră de sticlă pentru fiecare semnal ce trebuie transmis. Aceasta este protejată împotriva surselor exterioare de lumină de un izolator optic.

Semnalul luminos este generat de un dispozitiv optic emiţător ce realizează conversia semnalului electric obişnuit folosit în DTE. De obicei, emiţătorul foloseşte un LED, iar receptorul o fotodiodă sau fototranzistor.

Dezavantajele acestui tip de cablu sunt preţul ridicat şi dificultatea cuplării sau ramificării cablului (apar pierderi mari).

2.1.5 Microunde

Toate mediile de transmisie descrise până acum folosesc o linie fizică pentru transmiterea informaţiei.

Un alt mod de transmitere a datelor îl reprezintă undele electromagnetice emise în spaţiu. Un exemplu de astfel de mediu îl constituie sateliţii. Un flux de microunde ce conţine informaţia modulată este emis de la sol către satelit. Satelitul realizează recepţia şi transmiterea fluxului către staţia de la sol receptoare. Un canal de satelit permite performanţe foarte ridicate, motiv pentru care acesta este divizat în subcanale, fiecare cu o rată mare de transfer.

Sateliţii pentru comunicaţie sunt de tip geostaţionar. Aria de recepţie poate fi mică - în acest caz semnalul are intensitate mare necesitând antene mici - sau poate fi de întindere mare, intensitatea semnalului recepţionat fiind însă redusă.

Arhitectura sistemelor distribuite 18

2.2 Tipuri de interfeţe şi semnale

După cum s-a arătat, pentru interconectarea a două echipamente situate la distanţă mică unul de celalalt şi care folosesc o viteză de transmisie modestă sunt suficiente liniile deschise din două fire. Circuitele de interfaţă folosite sunt simple având numai rolul de a schimba nivelele semnalelor folosite în DTE în nivele adecvate liniei de interconectare. Dacă distanţa dintre echipamente şi rata transmisiei cresc, atunci circuitele de interfaţare şi tehnicile de comunicare devin mai sofisticate.

În cazul în care echipamentele sunt situate în puncte diferite ale unei ţări (sau în ţări diferite), puncte între care nu există o reţea publică de date, atunci singura soluţie mai ieftină este folosirea liniilor din reţeaua telefonică. Pentru a folosi însă acest mediu de comunicare este necesară conversia semnalelor analogice asemănătoare celor audio. Similar, pentru recepţionarea acestora se impune conversia inversă în semnale ce pot fi folosite de echipamentul destinaţie. Dispozitivul folosit pentru realizarea acestor funcţii se numeşte modem.

2.2.1 RS-232C/V.24

Interfaţa RS-232C (figura 2.3) definită de EIA şi interfaţa V.24 definită de CCITT au fost iniţial proiectate ca interfeţe standard pentru conectarea unui DTE cu un modem permiţând astfel diverşilor producători de echipamente să folosească facilităţile puse la dispoziţie de reţelele telefonice. Distanţa între DTE şi modem trebuie să fie mică, iar rata maximă de transfer de 9600 bps.

Nivelele semnalelor folosite de interfaţa RS-232C (V.24) sunt: "1" logic - < -3V; "0" logic - > +3V.

În prezent cele mai folosite nivele de tensiune sunt +/- 12V. Circuitele ce realizează transmisia convertesc semnalele TTL folosite în interiorul DTE în semmnale cu nivel de tensiune ridicat utilizate pentru transmisia pe linie. Similar, la recepţie, există circuite ce realizează funcţia inversă. Aceste circuite de interfaţă se numesc drivere de linie sau receptoare de linie şi au în plus rol de inversor.

19 COMUNICAŢII DE DATE

Datorită diferenţei mari între nivelul de tensiune folosit pentru "0" logic şi cel pentru "1" logic efectele de atenuare şi zgomot pe linie sunt mult reduse.

De obicei aceste interfeţe folosesc un cablu panglică sau multifir cu un singur fir de masă.

În vederea reducerii efectului de diafonie, de multe ori se foloseşte soluţia conectării unui condensator între ieşirea emiţătorului şi masă.

În cazul creşterii lungimii liniei sau a ratei de transfer, prin efectul de atenuare, nivelul semnalelor scade astfel încât semnale externe, chiar de mică amplitudine, pot produce erori de transmisie.

Standardele RS-232C şi V.24 specifică lungimea maximă a liniei ca fiind de 15 m şi rata maximă de transfer de 9600 bps.

În cazul conectării unui periferic la un calculator se folosesc uneori valori mai mari decât cele menţionate.

Bucla de curent 20 mA

O altă variantă a interfeţei RS-232C este cea care foloseşte un semnal curent în locul semnalului tensiune. Prin aceasta se poate creşte substanţial lungimea liniei.

O structură bazată pe bucle de curent este prezentată în figura 2.4.Principiul de funcţionare se bazează pe faptul că starea unui comutator (releu

sau altă componentă similară) este controlată de fluxul de biţi ce trebuie transmişi. Comutatorul este închis pentru o cifră binară 1 lăsând să treacă un curent de 20 mA şi este deschis pentru o cifră binară 0 oprind trecerea

Arhitectura sistemelor distribuite 20

curentului. La recepţie, trecerea curentului este analizată de un circuit detector ce reproduce astfel semnalul transmis.

Imunitatea la zgomot a interfeţelor cu bucla de curent este mult mai bună decât a celor ce folosesc semnale în tensiune utilizând două fire pentru fiecare semnal. De aceea, acest tip de interfaţă se foloseşte pentru linii mult mai lungi (până la 1 Km), dar cu rate de transfer modeste datorită limitării impuse de funcţionarea circuitelor comutatoare (emiţătoare) şi detectoare de curent (receptoare). Din acest motiv unii producători oferă echipamente cu două interfeţe RS-232C separate - una cu semnale în tensiune şi una cu semnale în curent - astfel încât utilizatorul să poată alege una dintre ele în funcţie de distanţa dintre echipamente.

2.2.2 Interfaţa RS-422/V.11

Dacă sunt necesare linii mai lungi şi rate de transfer mai mari atunci trebuie folosită interfaţa RS-422/V.11.

Aceasta se bazează pe folosirea cablului cu fire împletite şi a circuitelor emiţătoare şi receptoare diferenţiale.

O astfel de structură este prezentată în figura 2.5.Circuitul emiţător diferenţial produce două semnale egale ca amplitudine,

dar de polaritate diferită pentru fiecare cifră binară 1 sau 0 ce trebuie transmisă. Deoarece receptorul diferenţial este sensibil numai la diferenţa dintre cele două semnale de la intrarea sa, rezultă că orice zgomot indus în ambele fire nu va influenţa calitatea recepţiei. RS-422 poate fi folosită cu cablu cu fire împletite pentru distanţe de până la 100 m la o rată de transfer de 1 Mbps (sau distanţe mai mari pentru rate mai mici).

21 COMUNICAŢII DE DATE

Un parametru important al oricărei linii de transmisie este impedanţa sa caracteristică Z0. Pentru ca receptorul să absoarbă toate semnalele transmise pe linie trebuie adaptată impedanţa liniei la impedanţa de intrare a receptorului. Acest lucru se realizează de obicei printr-o rezistenţă de valoare 50 - 200 ohmi.

2.2.3 Semnale folosite pentru modem

Pentru a putea realiza transmisia de date pe linii aparţinând unei reţele telefonice publice este necesară conversia semnalelor generate de DTE într-o formă acceptabilă pentru PSTN. Evident, reţeaua telefonică a fost proiectată pentru a asigura conversaţia între persoane, ceea ce înseamnă că semnalele audio acceptate de PSTN au o frecvenţă între 400 Hz şi 3400Hz. De aceea, semnalul de la ieşirea DTE trebuie convertit într-o formă compatibilă cu semnalul audio, trimis pe linie şi reconvertit la recepţie într-o formă binară. Circuitul ce realizează prima funcţie se numeşte modulator (la emisie), iar cel ce realizează funcţia inversă demodulator (la recepţie). Deoarece fiecare echipament realizează atât funcţia de emisie cât şi pe cea de recepţie au fost realizate aparate combinate cunoscute sub numele de modem.

Arhitectura sistemelor distribuite 22

Modularea

Există trei tipuri de modulare ce pot fi folosite pentru conversia unui semnal binar într-o formă adecvată pentru transmiterea prin PSTN: modulare în amplitudine, modulare în frecvenţă şi modulare în fază.

Principiul general al fiecărui tip de modulare este prezentat în figurile 2.6 şi 2.7.

În cazul modulării în amplitudine AM, nivelul în amplitudine al semnalului de audio frecvenţă este comutat între două valori în funcţie de semnalul binar transmis. Acest tip de modulare (destul de simplu) este vulnerabil la diferitele atenuări ce apar datorită diverselor rute telefonice ce trebuie parcurse. Modularea în amplitudine simplă nu prea se foloseşte decât în combinaţie cu un alt tip de modulare.

În cazul modulării în frecvenţă FM, frecvenţa unui semnal purtător de amplitudine fixă este modificată în funcţie de fluxul binar ce trebuie transmis. Deoarece sunt necesare numai două valori ale frecvenţei pentru date binare acest tip de modulare se mai numeşte "digital FM" (sau principiul schimbării frecvenţei - frequency - shift keying FSK). Modularea în frecvenţă este foarte folosită în modemuri cu rate de 300 - 1200 baud conectate la PSTN.

23 COMUNICAŢII DE DATE

Pentru modularea în fază PM, frecvenţa şi amplitudinea purtătoarei sunt menţinute constante. În funcţie de fluxul de date binare ce trebuie transmis, purtătoarea este decalată în fază. O formă de modulare în fază foloseşte două semnale purtătoare fixe (pentru "1" binar şi pentru "0" binar) cu o diferenţă de fază între ele de 180o. Această metodă este cunoscută sub numele de principiul schimbării fazei. Dezavantajul metodei constă în faptul că la recepţie trebuie păstrat un semnal referinţă faţă de care să se compare faza semnalului recepţionat. Acest tip de modulare în fază implică la recepţie circuite foarte complexe motiv pentru care în practică nu prea este folosit.

O altă formă de modulare în fază foloseşte introducerea unui defazaj al semnalului purtător la fiecare bit transmis. Astfel, dacă bitul curent ce trebuie transmis este 0 se introduce un defazaj de 90o, iar dacă bitul este 1 un defazaj de

Arhitectura sistemelor distribuite 24

270o. În acest fel circuitul de demodulare nu trebuie să determine decât modificările de fază.

Demodularea

Pentru a înţelege modul în care diferitele semnale modulate sunt demodulate la recepţie pentru a reproduce fluxul de date transmis este necesară înţelegerea unor proprietăţi importante ale acestor tipuri de semnale.

În continuare se va face o analiză calitativă a diverselor efecte ce trebuie avute în vedere în timpul procesului de demodulare (analiza calitativă- matematică este foarte complexă).

1. Când un semnal purtător de o frecvenţă fixă fc este modulat de un al 2- lea semnal de frecvenţă fixă fm sunt produse şi un număr de componente numite benzi laterale. În cazul modulării în amplitudine AM sunt generate numai două benzi laterale la frecvenţele fc+fm, respectiv fc-fm fiecare având o parte din puterea conţinută de purtătoare. Benzile laterale sunt cele ce conţin informaţia utilă.

În cazul PM şi FM sunt generate mai multe benzi laterale la frecvenţe ce diferă de fc prin multipli de fm (fc+fm, fc+2fm etc.). Amplitudinea acestora se determină folosind funcţiile Bessel.

2. Folosind metode matematice cum ar fi analiza Fourier, se poate arăta că o undă echivalentă unui şir repetitiv 0,1,0,1.... este formată dintr-un număr infinit de componente sinusoidale.

25 COMUNICAŢII DE DATE

Arhitectura sistemelor distribuite 26

27 COMUNICAŢII DE DATE

Arhitectura sistemelor distribuite 28

Acestea cuprind o frecvenţă fundamentală fn egală cu jumatate din rata de transfer şi multipli ai acestei frecvenţe (3fn, 5fn, 7fn ...) numite armonici. Amplitudinea armonicilor scade odată cu creşterea frecvenţei.

3. Un caz limită este când fluxul de date ce trebuie transmis este format dintr-un şir de tranziţii 0,1,0,1,... (undă pătratică), celălalt caz limită fiind când semnalul are frecvenţa 0 (echivalent unui şir continuu de 0 sau 1). Se poate trage concluzia că semnalul generat prin modularea unei purtătoare sinusoidale cu un flux de date binar este format din semnalul purtător plus un număr posibil infinit de componente ce conţin informaţia utilă. Deoarece puterea cea mai mare este conţinută de frecvenţa fundamentală şi primele benzi laterale, în practică este posibilă determinarea informaţiei transmise prin analizarea unei benzi de frecvenţe limitată.

Se poate considera că un semnal modulat în frecvenţă este compus din două purtătoare diferite – una pentru bit 0, iar cealaltă pentru bit 1 – fiecare dintre ele fiind activată şi anulată la frecvenţa de transmisie maximă (figura 2.9 a). Spectrul de frecvenţă al acestui tip de semnal este prezentat în figura 2.9 b.

Tehnici de modulare mixtă

În exemplele discutate până acum rata de transmisie a fluxului de biţi a fost aceeaşi cu rata de modificări a semnalului folosit pentru transmisie. Rata semnalului este dată de numărul de modificări pe secundă ale amplitudinii, frecvenţei sau fazei semnalului transmis. Rata semnalului se măsoară în baud. În exemplele prezentate pentru transmiterea unui bit s-au folosit două valori ale semnalului (corespunzătoare pentru bit 0 sau bit 1).

Fiecare element al unui semnal poate conţine sub o formă codificată 2 sau 3 biţi (pentru 3 biţi sunt necesare 8 valori ale unui element de semnal). Astfel se obţine o rată a biţilor transmişi de 2 sau 3 ori mai mare decât rata semnalului.

În figura 2.10 este reprezentat spectrul frecvenţelor în cazul comunicaţiei prin modem, iar în figura 2.11 este prezentat un exemplu de modulare în fază în care sunt folosite 4 modificări diferite ale fazei, fiecare corespunzând unei combinaţii de 2 biţi.

Rata de transmisie a biţilor poate fi în continuare crescută prin combinarea AM şi PM.

29 COMUNICAŢII DE DATE

2.2.4 Surse de atenuare şi distorsiuni

a) Atenuarea

În timpul propagării unui semnal printr-o linie de transmisie, amplitudinea semnalului scade. Acest fenomen este cunoscut sub numele de atenuarea semnalului. Datorită acestui efect au fost definite lungimi maxime pentru diferite tipuri de cabluri astfel încât la recepţie semnalul atenuat să poată fi totuşi interpretat corect. Dacă este nevoie de cabluri mai lungi, atunci trebuie folosite amplificatoare (repetoare) inserate de-a lungul liniei cu rolul de a reface nivelul iniţial al semnalului.

Atenuarea are valori diferite în funcţie de frecvenţa semnalului. Deoarece un semnal transmis este alcătuit din mai multe componente de frecvenţe diferite,

Arhitectura sistemelor distribuite 30

amplificatoarele sunt proiectate astfel încât să amplifice diferit semnalele în funcţie de frecvenţa lor. Aceste amplificatoare se numesc egalizoare.

Un semnal numeric este format dintr-un mare număr de componente de diferite frecvenţe dintre care sunt recepţionate numai cele ce se încadrează în banda de frecvenţă acceptată de mediul de transmisie. Cu cât banda de frecvenţă este mai mare cu atât numărul componentelor recepţionate este mai mare şi se poate reproduce mai exact semnalul transmis.

Pentru a determina rata maximă de transmisie printr-un anumit mediu în funcţie de banda de frecvenţă se poate folosi formula lui Nyquist.

R = 2 log2M bps

R - rata de transmisie bpsB - banda de frecvenţă HzM – numărul de nivele pentru un element transmis.

b) Zgomotul

În absenţa unui semnal transmis pe linie nivelul semnalului electric ar trebui să fie zero (cazul ideal). În realitate, datorită perturbaţiilor pe linie valoarea acestuia este diferită de zero fiind cunoscută sub numele de "nivel de zgomot al liniei".

Un parametru important al unui mediu de transmisie este raportul semnal-zgomot. Acesta se exprima de obicei în dB.

S/N = 10 log10(S/N) dB

S - puterea semnalului WN - puterea zgomotului W

Rata de transmisie maximă (teoretică) a unui mediu de transmisie în funcţie de raportul S/N se poate determina cu formula Shannon - Hartley.

R = B log2(1+S/N) bps

R - rata de transfer maximă bpsB - banda de frecvenţă HzS - puterea semnalului WN - puterea zgomotului W

Una din sursele de zgomot este diafonia. Aceasta a fost discutată la liniile deschise din două fire.

31 COMUNICAŢII DE DATE

O altă formă de zgomot este zgomotul de tip impuls. Acesta este produs de impulsuri electrice exterioare liniei, datorate funcţionării unor echipamente sau circuitelor de comutare în cazul PSTN.

Spre deosebire de aceste tipuri de zgomote având o cauză electrică, un al 3-lea tip, zgomotul termic, nu este dependent de cauze externe liniei. Acesta este produs de agitaţia termică a electronilor din fiecare atom al materialului din care este făcută linia de transmisie. Zgomotul termic este nul numai pentru o temperatură absolută zero. Mai este cunoscut şi sub numele de zgomot alb.

Legea Shannon- Hartley calculează rata de transmisie maximă teoretică. În practică, se are în vedere efectul minim de semnal, relativ la un anumit nivel al zgomotului, astfel încât să se obţină o anumită rată a erorilor. De exemplu, o rată a erorilor de 10-4 înseamnă că la 104 biţi transmişi, unul este eronat.

Energia pentru un bit a unui semnal este dată de formula: E = STE - energia JoulesS - puterea semnalului WT - perioada de timp pentru 1 bit sec.

dar

R = 1/T = rata de transmisie

rezultă că:

E = S/R watts/bit

Nivelul zgomotului termic pentru o bandă de frecvenţă de 1 Hz este dat de formula:

N0 = KT W/HzK - constanta lui Boltzmann (1,3803*10-23 J/K)T - temperatura K

În practică rata erorilor se determină cu formula:

E/N0 = (S/R)/N0 = (S/R)/KT (N0/E)

deci este dependentă de puterea semnalului, de rata de transmisie (frecvenţă) şi temperatură.

2.2.5 Semnale pentru cablul coaxial

Spre deosebire de banda de frecvenţă scăzută disponibilă în cazul PSTN, în

Arhitectura sistemelor distribuite 32

cazul folosirii cablului coaxial aceasta creşte foarte mult ajungând la 350 MHz sau chiar mai mult. Această bandă de frecvenţă largă poate fi folosită în două moduri:

1. pentru realizarea unui singur canal de transmisie, caz în care toată banda este folosită pentru transmiterea unui singur semnal cu o rată foarte mare ( aprox. 10 Mbps) – baseband (figura 2.12).

2. pentru realizarea mai multor subcanale de transmisie fiecare având o bandă de frecvenţă mai îngustă - broadband (figura 2.13).

Pentru primul mod de lucru, în figura 2.12, se prezintă o conexiune tipică. În această figură este de asemenea prezentat efectul adaptării de impedanţă prin rezistenta RT (ce trebuie să aibă valoarea Z0).

În unele aplicaţii, cablul este folosit exclusiv pentru transmiterea de date între două DTE - conexiune point-to-point. În alte aplicaţii, însă, cablul este partajat între mai multe sisteme.

Modul prin care se realizează partajarea unui canal de transmisie (baseband) între mai multe DTE se numeşte time - division multiplexing (TDM).

Există două tipuri de TMD:1. sincron : fiecare utilizator are acces la canal la intervale de timp precis

definite.2. asincron (la cerere): utilizatorii au acces la canal la cerere. Dacă cererea de

acces a fost acceptată, acesta este singurul utilizator al canalului pe durata transmisiei.

33 COMUNICAŢII DE DATE

Arhitectura sistemelor distribuite 34

35 COMUNICAŢII DE DATE

Cazul folosirii fibrei optice ca mediu de comunicaţie este prezentat în figura 2.14.

2.3 Interfeţe standard la nivelul fizic

2.3.1 RS-232C/V.24

Standardele RS-232C şi V24 au fost elaborate iniţial în vederea conectării unui terminal sau calculator la un modem (DCE). În figura 2.15(a) este reprezentată schematic poziţia interfeţei relativ la DTE şi DCE.

Arhitectura sistemelor distribuite 36

În cadrul acestui standard au fost definite câteva semnale de control necesare pentru folosirea interfeţei. Acestea sunt prezentate în figura 2.15(b).

TxD şi RxD sunt pinii corespunzători liniilor de transmisie respectiv recepţie date.

Celelalte linii realizează funcţii de timing şi control privind conectarea şi deconectarea într-o reţea PSTN.

Toate liniile prezentate folosesc nivelele de semnal prezentate în cadrul standardului.

În figura 2.16 sunt prezentate funcţiile diverselor semnale şi modul de operare.

37 COMUNICAŢII DE DATE

Conexiunea se stabileşte prin formarea numărului de către utilizator. Acesta aşteaptă până când calculatorul aflat la distanţă răspunde. Există facilităţi ce pot realiza automat aceste operaţii.

Arhitectura sistemelor distribuite 38

Dacă linia la care este conectat calculatorul este liberă şi calculatorul este pregătit pentru comunicaţie, atunci operatorul trebuie să apese un buton special numit DATA BUTTON. Astfel se iniţiază conectarea terminalului la linie. Modemul local răspunde prin punerea liniei DSR (data set ready) pe ON. În acest moment un LED asociat acestei linii se aprinde indicând faptul că legatura cu calculatorul a fost stabilită.

Când se formează numărul, modemul local al calculatorului pune semnalul RI (ring indicator) pe ON şi în cazul în care calculatorul este gata să recepţioneze cererea (semnalul DTR (data terminal ready) este ON) acesta răspunde prin semnalul RTS (request to send). Aceasta are două efecte:

1. modemul corespunzător calculatorului apelat emite un semnal purtător indicând că cererea a fost acceptată de calculator.

2. după o scurtă întârziere, pentru a permite modemului corespunzător terminalului să se pregătească pentru a recepţiona date, modemul calculatorului activează semnalul (clear-to-send) CTS indicând astfel calculatorului că poate începe să transmită date.

De obicei, calculatorul apelat răspunde prin transmiterea către terminal a unei invitaţii-mesaj sau caracter. După aceasta calculatorul se pregăteşte să recepţioneze răspunsul terminalului prin dezactivarea semnalului RTS ce are ca efect întreruperea semnalului purtător.

Când modemul terminalului detectează lipsa purtătoarei, dezactivează semnalul CD (OFF). Atunci terminalul activează RTS şi la primirea semnalului CTS de la modemul local, utilizatorul tastează mesajul de răspuns (la activarea CTS se comandă de obicei şi un LED local).

După efectuarea completă a transferurilor de date, ambele purtătoare sunt anulate şi legătura stabilită între echipamente este dezactivată.

Conexiunea ilustrată în figura 2.16 este de tip half-duplex. Ea prezintă dezavantajul timpului mare de comutare între starea recepţie şi starea transmisie. De aceea ori de câte ori este posibil se recomandă folosirea modului full-duplex ce permite execuţia simultană a funcţiilor de emisie şi recepţie.

În cazul conexiunii full-duplex semnalele RTS ale ambelor echipamente sunt permanent ON (purtătoare permanente) şi de asemenea semnalele CTS sunt menţinute ON de către modemuri.

Când se foloseşte o transmisie sincronă (va fi descrisă în capitolul 3) este necesară folosirea unui semnal de tact pentru sincronizare. Mai mult, dacă se folosesc modemuri sincrone ambele funcţii de modulare şi demodulare necesită semnale de tact. Aceste semnale de tact circulă dinspre modem spre DTE pe liniile corespunzătoare pinilor 15 şi 17.

39 COMUNICAŢII DE DATE

Dacă modemul cu un element de semnal realizează transmisia unui singur bit atunci semnalul de tact transmis de către DTE pentru realizarea sincronizării şi rata de recepţie sunt egale. Dacă un element de semnal conţine doi biţi atunci tactul este de două ori mai mare decât rata semnalului.

MODEM NUL

Cu timpul, interfaţa RS-232C/V.24 a fost adoptată ca o interfaţă standard pentru interconectarea unui calculator cu un periferic ce lucrează în mod caracter (videoterminal, imprimantă, etc.). Pentru acest tip de utilizare este necesar să se stabilească care din cele două echipamente va emula modemul, deoarece în mod evident ambele echipamente nu pot transmite şi recepţiona date pe aceleaşi linii.

În această situaţie există trei soluţii posibile:1) modemul este emulat de către terminal;2) modemul este emulat de către calculator;3) terminalul şi calculatorul rămân neschimbate şi se modifică modul de

interconectare a liniilor.Primele două soluţii prezintă dezavantajul că terminalul sau calculatorul nu

mai pot fi folosite direct cu un modem.A treia soluţie este foarte răspândită, dar ea necesită folosirea modemului

nul (cutie de comutare). Acesta se intercalează între terminal şi calculator pentru a realiza modificările necesare în ceea ce priveşte interconectarea liniilor. Aceste modificări sunt prezentate în figura 2.17.

Arhitectura sistemelor distribuite 40

Deoarece un calculator şi un terminal operează de obicei în modul full-duplex liniile RTS şi CTS sunt conectate împreună şi cu intrarea CD a celuilalt echipament.

Similar liniile DSR şi RI sunt conectate împreună şi la intrarea DTR a echipamentului opus.

2.3.2 RS-449/V.35 RS-449/V.35 este interfaţa corespunzătoare semnalelor electrice din

standardul RS-422.

Câteva din semnalele de control specificate de acest standard sunt arătate în figura 2.18.

Semnalele diferenţiale folosite de RS-422 impun existenţa a două fire pentru fiecare linie. Semnalul DM corespunde semnalului DSR de la RS-232C, iar RR corespunde semnalului DTR.

Un semnal specific standardului RS-449 este TM. Acesta se foloseşte pentru testarea echipamentului de comunicaţie prin readucerea ieşirii TxD prin modem la intrarea RxD. Astfel prin teste emise de DTE se poate determina mai uşor care modem este defect.