CURSUL_6CURSUL 6 FUNCTIONALITATI ALE NIVELELOR OSI (retele de uz general, magistrale de teren). 1. Nivelul fizic. Nivelul fizic poate fi la randul sau impartit in mai multe subdiviziuni:
- Specificatii independente de mediu – aceleasi pentru medii diferite de comunicatie (cablu coaxial, fibra optica, RS485).
- Specificatii dependente de mediu – se aplica pentru un singur mediu de comunicatie (de ex. pentru fibre optice).
- Specificatii electrice/optice (se aplica unui anumit tip de mediu – de ex. fibre optice de 200µm).
- Specificatii mecanice (definesc interfata mecanica – de ex. tipul si forma conectorului). Concepte relevante pentru nivelul fizic:
- Topologie: o Inel, o Magistrala, o Punct-la-punct
- Specificatii mecanice o Conectori, o Distributia pinilor o Cabluri o Mod de asamblare/conectare.
- Mediul de comunicatie o Semnale, o rata de transfer o nivele
- Canale de comunicatie o Half-Duplex, o Full-Duplex, o Broadcast
- Control o Transmisie, o Receptie, o Coliziuni
- Modulatie o banda de baza (semnale trimise, succesiv, ca o secventa de stari binare).
o Carrier band (semnale trimise succesiv ca o secventa de frecvente – ex.: FSK)
o Broadband (Semnale trimise ca o secventa de ‘pachete’ de frecvente,
frecventele dintr-un ‘pachet’ fiind trimise simultan).
Semnalele pot fi modulate cu ajutorului unei purtatoare (300MHz - 400MHz) in canale de 6 MHz.
- Codificare/Decodificare o Binar, o NRZ, o Manchester, etc.
- Sincronizare o Bit o Caracter o Cadru, o Mesaj,
- Controlul fluxului de date o Handshake
- Interfata o Control redundant, o Supervizarea calitatii semnalului. o Detectia coliziunilor (acces multiplu), etc.
In fig. 1 se prezinta cateva specificatii pentru standardul RS-232.
Fig. 1 – Exemplu de specificatii pentru standardul RS-232. 1.1 Topologia retelei. La nivelul oricarui tip de topologie comunicatia se poate face in trei moduri:
- simplex
- half-duplex - full duplex
Fig. 2 – Transmisia half-duplex si full-duplex pe legaturi punct-la-punct, magistrale si pe inel. Alegerea acestei componente a mecanismului de transport a informatiei are influiente importante la nivelul vitezei de transmitere a informatiei, la nivelul robustetii transferului de date, la nivelul costului sistemului, etc. Obs: Topologia poate fi de tip (nivel) fizic sau de tip (nivel) logic. 1. Topologia fizica reprezinta modul cum sunt conectate dispozitivele (cu fire si cabluri). 2. Topologia logica reprezinta modul cum utilizatorul percepe conectarea dispozitivelor,
modul cum datele trec prin retea de la un dispozitiv la altul, fara sa se tina cont de conectarea fizica a dispozitivelor.
3. Topologia fizica nu este in mod necesar aceeasi cu cea logica. Astfel: 3.1. O retea Ethernet care utilizeaza hub-uri, apare, din punct de vedere logic, ca si cum
fiecare nod este conectat la o magistrala (logica), in timp ce toplogia fizica este cea de tip stea (fiecare nod este conectat la un nod central: hub-ul).
3.2. O retea IBM Token Ring este o retea cu topologie logica de tip inel avand o topologie fizica de tip stea.
3.3. Daca se considera topologia logica legata in principal de controlul accesului la mediul de comunicatie, atunci se poate considera ca la nivel logic exista doua tipuri de topologii:
3.3.1. Acces partajat la mediul de comunicatie – solutionabil prin tehnici de evitare a coliziunilor.
3.3.2. Acces succesiv la mediul de comunicatie – solutionabil prin metode de transmitere a marcajului (token).
Printre cele mai utilizate tipuri de configurare a conexiunii de date (care se pot afla si la baza unor arhitecturi mai complicate) amintim: 1. Conexiunea de tip ‘stea’ 2. Conexiunea de tip ‘inel’ 3. Conexiunea de tip magistrala (paralela) 4. Conexiunea de tip retea total sau partial conectata (mesh), 5. Retea ierarhica (de tip arbore), etc.
Fiecare din aceste configuratii isi poate gasi aplicatii intr-o retea (set de interconexiuni) cablata in context local cum ar fi o multime de µP intr-un automobil contemporan, in interiorul unui circuit integrat complex, sau intr-o retea distribuita cu fir sau fara fir de aplicatii (dispozitive) controlate prin reteaua Internet. Fiecare din aceste configuratii prezinta avantaje si dezavantaje. Cateva dintre ele sunt precizate in cele ce urmeaza (legate de fluxul de informatie, de robustete = toleranta la erori = fault tolerance). Topologie de tip ‘Stea’.
Obs: Pe un tronson de retea legatura este de tip punct-la-punct simplex sau duplex, asimetrica (single-ended) sau simetrica (diferentiala) fig.3).
Fig. 3 – Coenxiuen asimetrica (stanga) si diferentiala (dreapta). Comunicatia se desfasoara in general in sistem master-slave. Este utilizata atat pentru conectarea dispozitivelor locale (imprimante, tastaturi, mouse, etc., cuplate la porturile uzuale (paralel, PS2) ale unui PC) cat si pentru conectarea dispozitivelor aflate la distanta (nu prea mare) fata de de master (de ex. reteaua (magistrala) USB). Operatiile de transfer sunt descrise succint in cele ce urmeaza. 1. Transmisie de la Master la Slave – Masterul se afla pozitionat in centrul sistemului si este, in general, (micro)sistemul local. Unitatile (entitatile) de tip Slave pot fi eprezentate de orice dispozitive periferice. Toate comunicatiile, controlate in general utilizand un protocol de tip comanda-raspuns, sunt initiate de catre Master. Acesta initiaza si directioneaza toate activitatile in sistem si coordoneaza orice schimb de mesaje cu alte dispozitive. Tranzactiile sunt de obicei operatii de tip Citire (Read) si Scriere (Write). O operatie de scriere trimite date la Slave, iar o operatie de citire cere informatie de la Slave. 2. Receptie de la Slave la Master – Tranzactia este initiata de catre Master prin emiterea unei comenzi de citire. Comanda respectiva poate fi folosita pentru a primi starea dispozitivului, rezultatele unui autotest sau rezultate ale unei operatii a carei efectuare a fost solicitata anterior. 3. Transmisie/receptie de la un dispozitiv de tip Slave la alt dispozitiv de tip Slave – Este o operatie mai putin obisnuita in aceasta configuratie. Schimbul de date poate fi facut in mai multe moduri: fie folosind Masterul ca intermediar, fie folosind Masterul pentru configurarea celor doua dispozitive de tip Slave care comunica. intre ele ca sursa si respectiv destinatie, pentru autorizarea transferului si pentru monitorizarea acestuia, etc.
4. Gestiunea erorilor. Daca un dispozitiv sau o conexiune ‘cade’ celelalte dispozitive pot comunica in continuare, dar performanta sistemului se degradeaza. In cazul defectarii Masterului sistemul intreg devine nefunctional, cu exceptia cazurilor in care se prevede o solutie de reparare/inlocuire sau de rezerva. Topologie de tip ‘Inel’.
Fig. 4 - Cablarea unor topologii de tip inel.
Fig. 5 – Configuratii de inel simplu si inel dublu. Obs:
- Intr-un inel nu exista decat conexiuni punct la punct. Se preteaza deci la utilizarea fibrelor optice.
- Lungimea cablajului unui inel cu dulap de conexiuni este aceeasi cu cea a unei magistrale cu hub.
Toplogia ‘inel’ este utilizata in mod uzual in retele de comunicatii. Se regaseste de asemenea in retele de tip token-ring, in retele de procesoare incorporate intr-un autovehicul sau intr-un avion, in proiectarea unor circuite de tip sistem sau retea pe un circuit (system on a chip, network on a chip), in magistrale de teren, etc. Diferenta principala fata de conexiunea de tip magistrala unica este ca magistrala este inchisa, nefind nevoie de terminatori (de magistrala).
In general nu exista un Master de (pe) magistrala – care sa controleze magistrala (accesul la magistrala) - toate dispozitivele fiind considerate ‘egale’ intre ele. Fiecare dispozitiv receptioneaza toate mesajele care circula pe inel. Daca mesajul receptionat este adresat dispozitivului respectiv acesta il accepta, iar daca nu, mesajul este trecut mai departe urmatorului dispozitiv de pe inel. Operatii de transfer: 1. Transmisie/Receptie mesaje. Este necesar un protocol pentru stabilirea dispozitivului care
poate utiliza magistrala pentru a transmite mesaje (orice dispozitiv poate receptiona mesaje). 1.1. Utilizarea unui mesaj special numit token (marcaj) care circula in mod continuu in
inel. Numai dispozitivul care are marcajul poate transmite. Cand temina de scris, elibereaza marcajul care este transmis mai departe in inel.
1.2. Detectia coliziunilor - Utilizata in cazul cand incercarile de accesare a mediului de transmisie sunt aleatoare. Cand un dispozitiv doreste sa transmita este nevoit in prealabil sa testeze daca exista activitate pe magistrala. Daca nu, atunci isi depune data pe magistrala si testeaza daca s-a produs vreo coliziune. (daca a transmis si altul in acelasi timp). Daca este detectata o coliziune, atunci dispozitivul care a detectat-o isi intrerupe transmisia (se retrage de pe magistrala) si asteapta un interval de timp aleator pentru a relua procesul. Metoda functioneaza pentru magistrale cu grad de incarcare relativ redus sau cu transmisii in rafala, in acest caz probabilitatea de coliziune fiind redusa.
2. Gestiunea erorilor. Defectele care pot aparea sunt prezentate in figurile 6a si 6b.
Fig. 6 a, b – Erori care pot apare in topologia de tip Inel.
2.1. Daca apar erorile din figura 6a atunci sistemul se poate reconfigura intr-o magistrala unica. Daca dispare o conexiune se poate asigura in continuare conectivitate si comunicare totala intre dispozitivele din retea. Daca dispare un nod (un dispozitiv) atunci reteaua poate functiona in mod degradat similar cu o retea Master-Slave.
2.2. In figura 6b se prezinta mai multe posibilitati de defectare (si de refacere) pentru o retea in inel dublu (Dual-Ring). Oricare ar fi defectiunile: dispare o conexiune (cazurile 1 sau 2), dispar 2 legaturi simultan (cazul 3) sau dispare un dispozitiv (cazul 4), sistemul se poate reconfigura ca un inel simplu complet operational. De asemenea sistemul este tolerant la defectari succesive. In cazul unei defectari de tip 1 urmata de o defectare de tip 2 sistemul se poate, din nou, reconfigura ca un inel simplu complet operational.
2.3. Cateva tehnici de asigurare a robustetii unei conexiuni de tip inel dublu sunt prezentate in continuare luand ca exemplu reteaua FDDI (Fiber Distributed Data Interface – inel logic, inel dual fizic).
2.3.1. Transformarea inelului dublu intr-un inel simplu la defectarea unui dispozitiv (figura 7) sau a unei conexiuni (figura 8)
2.3.2. Pastrarea inelului dublu la defectarea unei unitati (unui dispozitiv) prin utilizarea unui dispozitiv suplimentar numit comutator de bypass optic (evitand fragmentarea retelei si eliminand dispozitivul defect din retea) – figura 9.
Fig. 7 - Reconfigurarea unui inel optic dublu intr-un inel optic simplu la disparitia unei statii.
Fig. 8 - Reconfigurarea unui inel optic dublu intr-un inel optic simplu la disparitia unei conexiuni.
Fig. 9 - Utilizarea unui bypass optic pentru mentinerea integritatii retelei.
2.3.3. Cuplarea dispozitivelor critice din punctul de vedere al necesitatii functionarii (rutere, calculatoare mainframe, servere de retea, etc.) la doua concentratoare de pe inel (dual homing, figura 10).
Fig 10 - Configuratie de tip ‘dual-homed’.
Topologii de tip magistrala (unica - bus).
1. Una din cele mai utilizate arhitecturi. Aceasta se regaseste atat in cazul magistralelor
paralele utilizate in special la conectarea dispozitivelor locale cat si in cazul magistralelor seriale utilizate pentru conectarea dispozitivelor de la distanta. In figurile 10 si 11 se prezinta doua tipuri de conexiuni des intalnite in transmisia seriala: conexiunea multidrop (simplex) si conexiunea multipoint (multiplex).
Fig. 11 – Magistrala multidrop (simplex)
Fig. 12 – Magistrala multipoint (multiplex). 2. Poate exista sau nu un controler de magistrala (Bus Master, controller). Sistemele SCSI
(Small Computer System Interface) din PC-uri reprezinta un exemplu de sistem cu controler de magistrala.
3. Conectarea dispozitivelor se poate face in mai multe feluri. In general toate dispozitivele pot receptiona mesaje (de tip comenzi si date sau numai comenzi). Transmisia poate fi restrictionata, unele dispozitive putand fi configurate numai pentru receptie.
4. Ca si la retelele in inel trebuie rezolvata problema accesului la magistrala pentru a transmite date. Aceasta se poate face prin diverse solutii cum ar fi: 4.1. Desemnarea unui master pe magistrala (ca la configuratia ‘stea’). 4.2. Variante ale metodelor prezentate la reteaua in inel (marcaje, detectie coliziuni). 4.3. Implementarea unei magistrale de control care sa coordoneze toate tranzactiile.
4.4. Implementarea unui protocol de tip cerere acces/acordare acces, etc. 5. Transmisie/Receptie - Transferurile pot fi de tip punct-la-punct, de la unul pentru toti
(broadcast), de la unul la un anumit grup (multicast), cu interogare (polled), etc. Toate dispozitivele pot receptiona mesaje si pot actiona in urma mesajului primit.
6. Gestiunea erorilor. Defectarea unui dispozitiv nu va afecta transmisia de date pe magistrala daca dispozitivul respectiv este izolat corespunzator. In caz contrar, magistrala devine nefunctionala. In cazul defectarii unei conexiuni, sistemul devine nefunctional.
7. Exemple de retele de tip magistrala unica: I2C, CAN, Ethernet (logic), wireless, magistrale de teren, etc.
Fig. 13 – Topologii de tip magistrala Party line =daisy chain = magistrala (bus).
- Avantaje: o Cablaj redus
- Dezavantaje: o Sensibila la perturbatii o Atenuare mare o Reflexii pe linie o Nu se preteaza la utilizarea de fibre optice.
Stea (hubul transforma legaturile punct la punct intr-o magistrala partajata - Ethernet).
- Avantaje: o Legaturi robuste de tip punct-la-punct o Se preteaza la utilizarea fibrelor optice
- Dezavantaje: o Necesita hub-uri, o Creste dimensiunea si costul cablajului.
Obs: O topologie de tip magistrala este un mediu de tip broadcast. Intarzaierile provin din propagare si repetoare.
Realizarea unor comunicatii la distanta (accesul unei imprimante din departamentul B de catre un utilizator/statie de lucru din departamentul A) necesita introducerea obligatorie la nivel fizic a repetoarelor. Aceastea au functia de a reface semnalul si sincronizarea. Repetorul introduce o intarzaiere de propagare de 1 pana la 4 biti.
Fig. 14 – Utilizarea unui repetor penrtu conexiuni la distanta.
Fig. 15 - Hub-urile asambleaza mai multe legaturi punct-la-punct si le transforma intr-un
mediu de tip broadcast (magistrala).
Fig. 16 – Dependenta lungimii cablajului de topologia aleasa. In figura 17 sunt prezentate cateva topologii, caracteristici si cabluri utilizate pentru implementarea retelei Ethernet (standarde mai vechi).
Fig. 17 - Topologii, caracteristici si cabluri Ethernet.
In Fig. 17 semnificatia unor prescurtari este urmatoarea: DTE = Data Terminal Equipment (calculator, terminal); MAU = Medium Attachment Unit; AUI = Attachement Unit Interface (pentru cuplarea semnalelor a 2 interfete); XMT = cale diferentiala emisiel RCV = cale diferentiala receptie; COL = cale diferentiala pentru detectie coliziuni. Obs: In conditiile in care AUI este o interfata intre MAC (Medium Access Control) si MAU si in care DTE si huburile mai noi incorporeaza MAU, portul AUI nu mai este necesar. Cablul Ethernet se introduce direct intr-o mufa a calculatorului sau a ruterului. Obs: In Fast Eternet (100Mbs) AUI a fost inlocuit cu MII (Medium Independent Interface). In retelele Gigabit Ethernet si 10 gigabit Ethernet AUI este inlocuit de GBIC (permite controlul a mai multor medii fizice) si XAUI. Obs: Odata cu aparitia standardului Fast Ethernet a aparut o noua distinctie intre MAC (Medium Access Controller) – de obicei parte a nivelului 2 OSI - si un dispozitiv PHY (Physical Layer). Dispozitivul PHY include un subnivel resposabil de codarea informatiei (in vederea asigurarii unei imunitati mai mari a semnalului transmis – PCS = Physical Coding Sublayer) si un nivel de acces la mediul fizic (PMD = Physical Medium Dependent). Obs: Cardul de retea (NIC – Network Interface Card) poate integra la acest nivel, la nivelul unui singur circuit sau a mai multor circuite, MAC, PHY precum si alte functionalitati. 1.2 Mediul fizic.
Fig. 18 – Medii de comunicatie si parametrii acestora. Obs: Produsul largime de banda (viteza de transmisie) * distanta reprezinta un indicator de calitate important al mediului de comunicatie.
1.3 Interfata mecanica si electrica. 1.3.1 Mediul de transmisie.
- Cablul coaxial
o Impedanta caracteristica 50-100Ohm o Inflexibil (bend radius – raza minima cu care putem indoi un cablu fara sa i se
afecteze proprietatile) o Scump o Pierderi mici o Largime de banda mare: 10MHz – 100MHz.
- Cablu Twinax
o Impedanta caracteristica 85-120Ohm o Flexibil o Ieftin, o Atenuare medie o Largime de banda: 1MHz – 12MHz.
- Cablu telefonic o Foarte ieftin o Sensibilitate la perturbatii
- Alte tipuri de cabluri (de ex. cabluri de alimentare) o Foarte ieftine o Pierderi mari o Sensibil la perturbatii o Viteze mici (10 – 100kbps).
Avantaje: Tehnologie de cablare clasica bine inteleasa de electricieni. Usor de configurat in teren. Pret de cost scazut (in functie si de costul depanarii). Dezavantaje: Viteze de transmisie mici Necesita separare galvanica relativ scumpa (prin transformator, optica). Sensibilitate la perturbatii Dificil de depanat (gasire contacte cu probleme, etc.) Greutate mare.
- Cablu bifilar torsadat o Impedanta caracteristica: 120 Ohm pentru magistrala, 150 Ohm pentru legaturi
punct-la-punct. o Standard pentru telecomunicatii (ISO/IEC 11801)
Fig. 19 – Tabel cu standarde de cabluri bifilare torsadate. Obs: Numai pentru conexiuni punct-la-punct. Obs: Toti parametrii care influienteaza distanta de transmisie sunt dependenti de frecventa:
- Impedanta caracteristica (trebuie sa fie egala cu impedanta sursei), - Atenuarea
o datorata rezistentei firului de cupru si pierderilor in dielectric. o Limiteza distanta si afecteza numarul de repetoare.
- Resiztenta liniara - Capacitatea liniara - Cross talk - Semnalele de mod comun - Protectia prin ecranare
Obs: - Pierderile dependente de frecventa provoaca dispersia semnalului (disparitia
fronturilor).
1.3.2 Tipuri de cuplaje.
- Rezistiv o Cuplaj direct o Controlerul se cupleaza la linie fara separare galvanica o Daca exista mai multe dispozitive care transmit simultan se produc coliziuni. o Sunt posibile structuri de tip SAU-cablat. o Solutie ieftina atata timp cat nu este necesara separare galvanica.
o Eficienta buna. - Inductiv
o Cuplaj prin transformator. o Furnizeaza separare galvanica o Compatibilitate magnetica buna o Eficienta buna o Semnalele nu pot contine componente continuie o Largime de banda limitata. o Costul transformatorului depinde de banda de frecventa in care se transmite.
- Capacitiv o Cuplare prin condensator o Separare galvanica slaba o Semnalele nu pot contine componente continuie o Ieftin o Eficienta mica.
Cuplaj rezistiv.
- Linii neechilibrate - Linii echilibrate
Fig. 20 – Linie neechilibrata. Obs: O linie (de transmisie) este echilibrata (balanced) daca cele doua conductoare sunt de acelasi tip, au aceleasi impedante pe lungimea lor si impedante egale fata de masa si fata de alte circuite. Linia echilibrata permite filtrarea perturbatiilor externe si a semnalelor de mod comun (tensiuni care se aplica simultan ambelor fire in raport cu masa) in conjuctie cu un amplificator diferential. In transmisia echilibrata se utilizeaza (de obicei) semnale diferentiale (simetrice).
Exemple: - Cablu de tip ‘twin-lead’.
- Cablu bifilar torsadat.
Fig. 21 – Linie echilibrata cu cablu bifilar torsadat . Obs: Ecranul (shield) nu trebuie folosit ca masa pentru date. Ex:. Standardul RS-485 – cel mai utilizat standard pentru magistrale cu linii echilibrate.
Fig. 22 – RS-485. Stub = distanta de la nod la magistrala. Este posibila transmisia simultana cu conditia de a se asigura o limitare a curentului de scurtcircuit ca in fig. 13.
Fig. 23 – Transmisie simultana (RS-485).
Distanta de transmisie (in metri - fig. 24) este limitata de:
- Calitatea cablului o Atenuare, o Sarcini capacitive, o Rezistenta firului de cupru.
- Raportul semnal-zgomot, perturbatii. - Calitatea receptorului si metoda de decodificare.
Fig. 24 – Distanta de transmisie in functie de rata de transmisie (baudrate). Cuplaj prin transformator (fig. 25) este exemplificat prin standardul MIL 1553 (care mai este inca folosit in aeronautica – fig. 26).
Fig. 25 Cuplaj prin transformator
Fig. 26 – Standardul MIL 1553.
1.3.3 Cablarea dispozitivelor ‘imprastiate’ (nu exista o topologie anume - fig. 17,). Caracteristici:
- Dispozitivele sunt de obicei alimentate de la tensiunea de linie. - Mediul de transmisie este neomogen ,cu multe discontinuitati si reflexii. - Este necesara folosirea unor tehnici speciale:
o Anularea ecoului o Transmisie cu frecvente multiple (similar cu ADSL), o Modulatie de faza, etc.
- Viteza este limitata de complexitatea procesarii semanalelor (valoare tipica: 10kbps).
Fig. – 27 Topologie nedefinita. Caz tipic: Comunicatia pe firele de alimentare cu energie electrica (fig. 18, 19, 20). Alte denumiri: Power Line Communication (PLC), power line carrier, power-line digital subscriber line (PDSL), mains communication, power-line telecommunications, or power-line networking (PLN).
Fig. 28 – PLC – Schema principiala
Fig. 29 – PLC – Comunicatii de voce si date.
Fig. 30 – Dispozitiv de filtrare a semnalului de date – HF-trap, Line trap. Dispozitivul impiedeca intrarea semnalului in substatie. Caracteristici:
- Comunicatie pe firele de alimentare. - Se utilizeaza in cazurile in care este necesara utilizarea unui cablaj minim (deja
existent) si in cazul repararii/reconditionarii instalatiilor vechi. - Cuplaje inductive sau capacitive - Probleme generate de perturbatii externe, intrerupatoare, transformatoare, EMI
(Electromagnetic interference), dispozitive de filtrare a semnalului de date (fig. 21), etc.
Fig. 31 – montarea dispozitivelor de filtrare a semnaluluide date.
- Demodulare dificila. - Viteze de transmisie a datelor mici. - Aplicatii:
o Metrologie la distanta (AMR, etc.) o Controlul de la distanta al statiilor de alimentare (cu energie electrica), etc.
1.3.4 Conectarea mecanica a dispozitivelor la o magistrala electrica. (fig. 22)
Fig. 32 - Moduri de conectare a dispozitivelor la o magistrala. a) – un conector cu conectare ‘la cald’ (in timpul functionarii – live insertion). b) – 2 conectori c) - 2 conectori cu conectare ‘la cald’ d) - un conector cu conectare ‘la cald’ de tip cutie de conexiuni (solutie scumpa)
Fig. 33 – Solutie de conectare ‘la cald’. Caracteristici:
- Conexiunile electrice (mai ales la viteze mari) necesita poiectare atenta pentru evitarea aparitiei fenomenelor de reflexie, crosstalk, perturbatii EM, etc.
- Unele aplicatii necesita conectarea la cald (centrale electrice, statii electrice, etc.). - In cazul unor evenimente (opriri de urgenta de ex.) timpul de deconectare trebuie sa fie
foarte mic. - Instalarea sau conditiile d efunctionare pot interzice folosirea suruburilor.
1.3.5 Conectori. Caracteristici:
- Robustete - Pret accesibil
Cei mai ieftini conectori vin din domeniul industriei auto (cleme Faston) sau din telefonie (RJ11, RJ45). Acestia nu satisfac insa rigorile unei conexiuni pentru retele de teren:
- Ecranare continua, - Protectie la apa, praf si murdarie. (standard IP68) - Rezistenta la presiune (de ex. este posibil ca in timpul instalarii atat oamenii cat si
masinile sa treaca peste cabluri). Cel mai polurar conector este cel de tip sub-D 9 (cel folosit pentru portul serial cu 9 pini de la PC-uri). 1.4. Fibra optica. 1.4.1 Principiul comunicatiei prin fibra optica este prezentat in fig. 24.
Fig. 34 – Comunicatie prin fibra optica. Canalul fizic are trei componente de baza:
- transmitatorul, o dispozitiv laser (pentru puteri mari) o diode laser (GaAsP, GaAIAs, InGaAsP)
- receptorul o dioda PIN.
- cablul. o Sticla (pentru transmisii de pana la 100 de km.) o Plastic (pentru transmisii de pana la 30 de m.)
Pentru lungimea de unda se folosesc doua valori:
- 850nm (fibra multimode) o Atenuare < 3.5dB/km o Produsul largime de banda * distanta > 400MHz*km.
- Fereastra de 1300nm (fibra monomode – pentru viteze foarte mari) Obs: Semnalul luminos prin fibra nu se propaga mai repede decat semnalul electric datorita indicelui de refractie.
1.4.2 Tipuri de fibra optica
Fig. 35 – Tipuri de fibra optica. Cateva caracteristici si aplicatii ale diferitelor tipuri de fibre optice sunt prezentate in urmatorul tabel:
Tip POF HCS/PCF GOF Material Plastic Sticla/plastic Sticla Distanta 70m 400m 1km Aplicatii Retele locale Retele pe distante
mari Telefonie
Conector Ieftin De precizie De inalta precizie Cost Mic Mediu Mediu Rezistenta la imbatranire
Slaba Foarte buna Buna
Foarte buna Buna Slaba
Largime de banda Mica Mare Foarte mare POF = Plastic Optical Fiber HCS = Hard-Clad Silica ; Silica (SiO2) PCF = Polymer-Clad Fiber ; clad = invelisul nucelului fibrei optice (cu indice de refractie mai mic decat nucleul). GOF = Glass Optical Fiber 1.4.3 Avantaje:
- Produs largime de banda – distanta mare > 400MHz*km - Atenuare mica independenta de frecventa (3dB/km) - Comunicatie pe distante mari fara repetoare - Imunitate la perturbatii electromagnetice (excelent pentru statii electrice). - Separare galvanica - Rezistenta la intruziuni - Poate fi folosita in medii explozive (chimie, minerit, etc.) - Cablu cu greutate mica si diametru mic, flexibil - Invelisuri de protectie ieftine (in care se introduc cablurile de fibra optica). - Cablu cu pret redus. - Standardizate.
De ce nu se folosesc mai des (in mediul industrial)?
- In controlul proceselor timpul de propagare este mai important decat rata de transmisie.
o Tema: care este diferenta intre celel doua ? - Distantele din intreprinderi sunt relativ mici (200m) si deci atenuarea nu este atat de
importanta. - Cablurile coaxiale furnizeaza o imunitate rezonabila. - Fiabilitatea emitatoarelor optice si a conexiunilor nu este foarte ridicata. - Cu ajutorul optocuploarelor se poate obtine separare galvanica si pentru cabluri
coaxiale sau cabluri bifilare torsadate. - Intruziunile sunt mai putin intalnite in mediul industrial. - Instalare mai costisitoare datorita realizarii conexiunilor. - Gama de topologii posibile este restransa la inel si cuplor stea (hub).
Cateva posibilitati de realizare a unei magistrale optice sunt prezentate in fig. 26.
Fig. 36 – Realizarea unei magistrale optice 1.5 Transmisia radio. - GSM (relativ scump, acoperire buna), DECT - IEEE 802.11 - IEEE 802.15.4 - Bluetooth - LTE, LTE-M,
LORA, etc. Avantaje:
Dezavantaje:
- Distante scurte - Largime de banda limitata - Susceptibila la intruziuni - Alimentare dificila a dispozitivelor din teren
Fig. 37 - Retea wireless industriala.
1.6. Redundanta la nivel fizic.
Fig. 38 – Magistrala
- Cablaj descentralizat - Ambele cabluri pot sta in acelasi ‘invelis’ daca erorile de mod comun sunt acceptabile.
Obs: Eroare de mod comun = eroare de acelasi tip, produsa la nivelul a doua sau mai multe structuri, sisteme, sau componente datorita unui singur eveniment sau a unei singure cauze.
Fig. 39 – Stea.
- Cablaj centralizat - Cuploarele trebuie alimentate separat - Erorile de mod comun nu pot fi excluse datorita faptului ca firele trebuie aduse
impreuna la fiecare dispozitiv.