Krótki wstęp do transmisji szeregowej
Istnieją dwa możliwe rodzaje transmisji danych - transmisja szeregowa i równoległa.
·ð Transmisja szeregowa polega na przesÅ‚aniu sekwencyjnym (bit po bicie) danych. UrzÄ…dzeniem
transmisji szeregowej jest modem. Dane są przesyłane za pomocą kabla szeregowego (np. RS-
232) Å‚Ä…czÄ…cego komputer z modemem, a stamtÄ…d, po modulacji bit po bicie do sieci telefonicznej.
·ð Transmisja równolegÅ‚a polega na jednoczesnym przesyÅ‚aniu wiÄ™kszej liczby bitów informacji
(przeważnie ośmiu, czyli jednego bajtu). Przykładem tego rozwiązania jest transmisja znaków do
drukarki za pomocÄ… kabla typu centronics.
Szybkość transmisji określa natomiast liczbę bitów przesyłanych w jednostce czasu. Jednostką
transmisji jest bit na sekundÄ™ (bit/s lub bps (z ang. bit per sek.))
Rozróżniamy dwie metody transmisji danych : synchroniczną i asynchroniczną. Podczas transmisji
asynchronicznej występują kolejno po sobie wycinki czasu zawierające i nie zawierające informacji. Aby
przygotować odbiorcę na przyjęcie sygnału zawierającego informacje, są wysyłane sygnały startu oraz
sygnały stopu, rozpoczynające i kończące przesyłanie porcji informacji.
Natomiast podczas transmisji synchronicznej, dzięki określonemu impulsowi taktującemu,
utrzymywane jest stałe tempo przekazywania informacji. Nie występują tutaj przerwy spowodowane
koniecznością synchronizacji pojedynczych porcji informacji, a więc uzyskuje się lepsze wykorzystanie linii
Å‚Ä…czÄ…cych.
Tryby transmisji danych.
·ð Simplex - jest trybem transmisji danych, w którym jeden terminal przesyÅ‚a informacje, inny zaÅ› je
odbiera, sam nie transmitujÄ…c.
·ð Half duplex - polega na niejednoczesnej transmisji danych przez oba komunikujÄ…ce siÄ™ terminale.
Po zakończeniu przesyłania informacji przez terminal nadawczy, terminal odbiorczy może zacząć
transmisje, którą odbiera dotychczasowy nadawca.
·ð Full duplex - jest rodzajem transmisji danych, w którym jest możliwe jednoczesne przesyÅ‚anie i
odbieranie informacji.
Dane, które przesyła modem, zostają sekwencyjnie, czyli kolejno bit po bicie, transmitowane przez sieć
telefoniczną w postaci impulsów elektrycznych. Aby zmniejszyć przekłamania podczas transmisji danych,
można do transmitowanych bitów danych dodać informację dodatkową w postaci bitu kontrolnego. Bit ten,
zwany bitem parzystości, stanowi dopełnienie liczby występujących w porcji danych. Rozróżniamy cztery
rodzaje kontroli parzystości - Even, Odd, Mark (High), Space (Low).
·ð Even - gdy liczba w porcji danych jest parzysta, wtedy bit parzystoÅ›ci przyjmuje wartość "1" w
przeciwnym razie przyjmuje "0" (np. dla liczby binarnej 1011010 Bin (90 Dec) wynosi 1).
·ð Odd - gdy liczba w porcji danych jest nieparzysta, wtedy bit parzystoÅ›ci przyjmuje wartość "1" w
przeciwnym razie przyjmuje "0" (np. dla liczby binarnej 1011010 Bin (90 Dec) wynosi 0).
·ð Mark (High) - bit parzystoÅ›ci w tym przypadku przyjmuje zawsze wartość "1" nie zależnie od liczby
w porcji danych.
·ð Space (Low) - bit parzystoÅ›ci w tym przypadku przyjmuje zawsze wartość "0" nie zależnie od liczby
w porcji danych.
Kolejną informacją, którą dodaje się do bitów danych, jest bit (bity) stopu. Wprowadza się go, by nadawca i
odbiorca podczas transmisji nie wypadli z rytmu oraz mogli rozpoznać początek i koniec porcji danych.
Następnym pojęciem ważnym do naszych rozważań jest pojęcie protokołu. Protokół jest to umowa,
czyli zbiór reguł sterujących nawiązaniem przebiegiem oraz zakończeniem wymiany informacji pomiędzy
dwoma lub wieloma niezależnymi urządzeniami bądz
procesami (programami). Protokoły regulują zgodność
formatów danych, określających związki czasowe oraz zasady obróbki błędów podczas wymiany danych.
W praktyce rozróżnia się protokoły sprzętowe i programowe.
Przykładem protokołu sprzętowego może być takie przesyłanie danych, w którym nadajnik i
odbiornik są połączone linią sterującą, znajdującą się poza linią danych. Stan linii sterującej określa
rozpoczęcie, trwanie i zawieszenie transmisji. Jest to tzw. hardware handshaking. Proces ten określa formę
przekazu danych, w której nadajnik jest informowany przez odbiornik, czy przepływ informacji jest możliwy.
Programowy protokół XON/XOFF natomiast nie używa dodatkowej linii sterującej. Jej funkcję
przyjmuje określona kombinacja znaków sterujących, zwana sfotware'owym handshake.
Sieć telefonii analogowej posiada obecnie strukturę telekomunikacyjną o największym zasięgu i (z
tego powodu) najłatwiej dostępną z punktu widzenia użytkownika. Linie telefoniczne zostały jednak
zaprojektowane i przeznaczone do przekazu sygnałów mowy, nie nadają się bezpośrednio do transmisji
danych. Na szczęście przystosowanie tradycyjnych linii telefonicznych do celów przekazów cyfrowych nie
wymaga specjalnych zabiegów technicznych z wyjątkiem zainstalowania na obydwu końcach linii urządzeń,
których zadaniem jest takie przetworzenia sygnału cyfrowego by mógł on być bezpiecznie przesyłany za
pomocÄ… w sieci analogowej. UrzÄ…dzenie to nazywamy modemem.
Jedną z podstawowych cech analogowej sieci telefonicznej jest niewielka dostępna szerokość
pasma. Terminem tym określa się różnice między najwyższą a najniższą częstotliwością przenoszoną przez
odcinek toru telekomunikacyjnego, wyznaczana spadkiem poziomu sygnału o 3 dB. W przypadku sieci
telefonicznej szerokość pasma wynosi 3,1 kHz i zawiera się w zakresie częstotliwości od 300 Hz do 3400
Hz. Szerokość ta jest wystarczająca do przekazywania głosu, transmisja danych stawia jednak wyższe
wymagania. Dodatkowym problemem jest fakt, że przy transmisji danych przez linie telefoniczną dostępna
szerokość pasma jest jeszcze mniejsza i wynosi około 2,8 kHz. Zawężenie pasma podyktowane jest
koniecznością zwiększenia odporności na zakłócenia i poprawienia niezawodności transmisji. Odbywa się
to kosztem obniżenia maksymalnej dopuszczalnej szybkości przesyłania informacji.
Jak już zostało to wspomniane, przekazywanie danych cyfrowych na większe odległości za
pomocą linii telefonicznej wymaga przetworzenia sygnału cyfrowego do postaci analogowej odpowiedniej
dla urządzeń transmisyjnych przeznaczonych standardowo do przesyłania mowy. Konwersję tę uzyskuje się
za pomocą modulacji analogowego sygnału nośnego po stronie nadawczej i de modulującego po stronie
odbiorczej. Za realizacjÄ™ funkcji modulacji i demodulacji odpowiedzialny jest modem.
Modulacją nazywamy proces konwersji prostokątnego sygnału cyfrowego na sinusoidalną falę nośną
transmitowaną w normalnym paśmie akustycznym, tak jak sygnał mowy. Większość modemów pracujących
na zasadzie ciągłe emisji fali nośnej, której parametry są modyfikowane odpowiednio do wartości
przesyłanych danych. Idealna sinusoida opisywana jest za pomocą amplitudy, częstotliwości oraz fazy.
Zmiana wartości każdego z tych parametrów powoduje powstanie trzech podstawowych typów modulacji :
·ð modulacja amplitudy AM (Amplitude Modulation) - wielkość amplitudy przebiegu noÅ›nej ulega
zmianom między dwoma poziomami, określającymi stan sygnału wejściowego (binarne 0 lub 1).
Czysta forma modulacji AM zwanej też ASK (Amplitude Shift Keying) nie jest stosowana w
modemach ze względu na to, że sygnał jest bardzo podatny na tłumienie.
·ð modulacja czÄ™stotliwoÅ›ci FM (Frequency Modulation) - ten typ modulacji zwany także FSK
(Frequency Shift Keying) wykorzystuje dwie częstotliwości fL (niską) oraz fH (wysoką) do
przedstawienia odpowiedniego sygnału logicznego 1 i logicznego 0 binarnego sygnału
wejściowego. Za pomocą modulacji FSK można uzyskać prędkość transmisji do 600 bit/sek w
trybie dupleksowym lub 1 200 bit/sek w trybie pracy naprzemiennej.
·ð modulacja fazy PM (Phase Modulation) - inna nazwa PSK (Phase Shift Keying). W modulacji tej
reprezentacja bitów sygnału wejściowego odbywa się poprzez zmianę fazy sygnału nośnej o np. 0o
dla "1" i 180o dla "0". Ta najprostsza tzw. Dwuwartościowa wersja modulacji PSK nie znalazła
zastosowania z powodu niskiej efektywności modulacji.
·ð różnicowa modulacja fazy DPSK (Differential Phase Shift Keying) - jest rozbudowanÄ… wersjÄ…
modulacji PSK, w której zmiana parametrów fali nośnej odpowiada zmianom wartości sygnału
wejściowego a nie bezpośredni wartość modulowanego sygnału cyfrowego. Ciąg danych
wejściowych jest formatowany w dwójki, trójki lub czwórki bitów i dopiero te elementy polegają
procesowi modulacji. Otrzymujemy wtedy cztero-, ośmio-, szesnasto-wartościową modulacją
DPSK.
·ð modulacja kwadraturowa QAM (Quadrature Amplitude Modulation) - jest poÅ‚Ä…czeniem dwóch
technik modulacji: ASK i DPSK. Sposób kodowania polega na jednoczesnej zmianie amplitudy i
fazy sygnału nośnej, co daje w efekcie 16 możliwych wartości binarnych sygnału wejściowego.
Modulacja QAM pozwala przesyłać dane z maksymalną szybkością 9 600 bit/sek.
·ð modulacja TCM (Trellis-Coded Modulation) - podobnie jak QAM stanowi kombinacjÄ™ modulacji
amplitudy i fazy. TCM stosowana jest w modemach nowej generacji, a zastosowany algorytm
pozwala na kodowanie znaków 6 lub 7-bitowych. Największa szybkość przesyłania informacji przy
zastosowaniu TCM wynosi 28 800 bit/sek.
Rodzaje transmisji wykorzystywane przez modemy zostały zdefiniowane i opisane w dokumentacji ITU-
T (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sektor) jako zalecenia serii
V. Określają one parametry uzgadniane przez modemy w trakcie nawiązania łączności. Podstawowe
zalecenia serii V to :
·ð V.21 - najstarsze zalecenie okreÅ›lajÄ…ce transmisjÄ™ z szybkoÅ›ciÄ… 300 bit/sek wykorzystujÄ…cÄ…
modulację FSK (300 bodów).
·ð V.22 - standard dla modemów o szybkoÅ›ci transmisji do 1 200 bit/sek z modulacjÄ… fazowo
różnicową DPSK (600 bodów). Zastosowane kodowanie jedno lub dwu-bitowe umożliwia
transmisję z szybkością 600 bit/sek lub 1 200 bit/sek w trybie full duplex.
·ð V.22 bis - popularny standard umożliwiajÄ…cy transmisjÄ™ o maksymalnej szybkoÅ›ci 2 400 bit/sek
wykorzystując modulację kwadraturowo-amplitudową QAM. Jednoczesne kodowanie 4 bitów
pozwala osiągnąć cztery prędkości transmisji przy szybkości modulacji 600 bodów w trybie full
duplex i zastosowaniu linii 2-przewodowej.
·ð V.23 - zalecenie opisujÄ…ce transmisjÄ™ o szybkoÅ›ci 600 lub 1 200 bit/sek z modulacjÄ… FSK i
szybkością modulacji 600/1 200 bodów.
·ð V.32 - standard transmisji umożliwiajÄ…cy przesyÅ‚anie danych z szybkoÅ›ciÄ… 4 800 bit/sek i 9 600
bit/sek przy wykorzystaniu modulacji DPSK (kodowanie dwubitowe) lub QAM (kodowanie
czterobitowe). Opcjonalnie stosowane jest kodowanie TCM pozwalające obniżyć szybkość
transmisji do 2 400 bit/sek w przypadku łączy o słabych parametrach.
·ð V.32 bis - okreÅ›la on pracÄ™ modemów w zakresie od 4 800 bit/sek do 14 400 bit/sek stosujÄ…c
modulację TCM z kodowaniem od 3 do 6 bitów. Protokół transmisji V.32 bis zawiera standardowo
funkcję optymalnego doboru szybkości transmisji (z krokami co 2 400 bit/sek) w zależności od
stanu Å‚Ä…cza.
·ð V.32 terbo - standard ten nie jest zawarty w zaleceniach ITU. Opisuje transmisjÄ™ z szybkoÅ›ciÄ… 19
200 bit/sek z wykorzystaniem modulacji TCM. Standard V.32 terbo wykorzystuje prawie 98%
pasma kanału telefonicznego dlatego też jest czuły na zawężenie pasma toru. Protokół zawiera
standardowo funkcję optymalnego doboru szybkości transmisji (z krokami 2 400 bit/sek) w
zależności od stanu łącza. V.32 terbo stosowany jest tylko przez część modemów.
·ð V.34 - zalecenie V.34 opisuje technikÄ™ transmisji umożliwiajÄ…cÄ… przesyÅ‚anie danych z szybkoÅ›ciÄ…
28 800 bit/sek. Standard wykorzystuje modulację TCM z kodowaniem 12 bitów informacji
wejściowej. W porównaniu z rozwiązaniami wcześniejszymi charakteryzuje się większą
odpornością na zakłócenia zewnętrzne. Protokół zawiera standardowo funkcję optymalnego
doboru szybkości transmisji od 2 400 do 28 800 bit/sek (z krokiem co 2 400 bit/sek) w zależności
od stanu Å‚Ä…cza.
·ð V.34 bis - standard pozwalajÄ…cy osiÄ…gnąć szybkość transmisji 33 600 bit/sek.
·ð V.90 - standard pozwalajÄ…cy osiÄ…gnąć szybkość transmisji 56 600 bit/sek. Tajemnica leży w
sposobie podłączenia modemu do którego się dzwoni. Nowy standard serwerów modemowych ma
jedną zasadniczą przewagę nad zwykłym modemem - "rozmawia" z centralą wyłącznie w sposób
cyfrowy. Zwykły modem podłączony do gniazdka telefonicznego, w którym był sygnał analogowy.
Praktycznie cała sieć telefoniczna, z wyjątkiem ostatniej części - do abonenta - jest już cyfrowa.
Niestety, szybkość rzędu 56,6 kbit/sek uzyskiwane są tylko w jedną stronę - wszak tylko jedna ze
stron podłączona jest stricte cyfrowo do PSTN (gdyby obie strony połączone były w ten sposób
mielibyśmy... ISDN !). W "drodze powrotnej" stosować więc trzeba zwykły protokół V.34 bis (33 600
bit/sek).
·ð V.42 - protokół kontroli bÅ‚Ä™dów. Integralność przesyÅ‚anych danych sprawdzana jest za pomocÄ…
kontroli nadmiarowej CRC (Cyclical Redundancy Check). Obliczana dla bloku danych wartość jest
przesyłana wraz z blokiem do odbiorcy. Po odebraniu danych wartość CRC jest obliczana
powtórnie, a następnie obydwie wartości są ze sobą porównane. Jeśli istnieje między nimi różnica,
blok danych należy przesłać powtórnie.
·ð V.42 bis - standard za pomocÄ… którego realizowana jest kompresja danych. Pozwala na kompresjÄ™
o maksymalnym współczynniku 4:1. W przypadku transmisji nie skompresowanych danych
całkowita przepustowość łącza może wynieść 115,2 kbit/sek. Stosowanie protokołu V.42 bis w
przypadku danych skompresowanych (np. za pomocą programów PKZIP lub ARJ) nie powoduje
zwiększenia szybkości przesyłanych informacji, a może je wręcz spowolnić.
Oprócz protokołów wymienionych powyżej modemy stosują się również do części protokołów
firmowych AT&T oraz do protokołów MNP (Microcom Networking Protocol). Przykładem tego ostatniego
standardu może być protokół MNP 10 opisujący kontrolę błędów dla transmisji w sieci telefonii komórkowej.
W celu nawiązania połączenia między modemami konieczne jest zastosowanie odpowiedniego
oprogramowania nazywanego programem komunikacyjnym. Oprogramowanie pozwala na realizowanie
połączeń i dokonywanie transmisji, zgodnie z podanymi przez użytkownika parametrami. Aby programiści
mogli tworzyć programy nie przeznaczone dla konkretnego typu modemu, powstał pewien standard
sposobu komunikacji komputera z urządzeniem transmisyjnym. W przypadku modemów standardem takim
jest tzw. zbiór komend Haeys'a (komendy AT - skrót od ATtention). Z chwilą pojawienia się urządzeń
faksowych komendy Haeys'a zostały rozszerzone na obsługę transmisji faksowej. Znajomość komend
Haeys'a nie jest konieczna do obsługi modemu. Podczas korzystania z programu komunikacyjnego,
otrzymujemy do dyspozycji zestaw menu, a program dokonuje ich konwersji na komendy AT.