Ipari kommunikáció
A PLC technológia egyik legfontosabb eleme a kommunikáció. PC-s környezetben megszoktuk - és kellemesen kényelmessé tett minket – az ethernet alapú TCP/IP.
PLC-s körökben sajnos az élet nem ilyen egyszerű. Először is megkülönböztetjük a kommunikáció fizikai és logikai szintjét, és a két csoport között a legkülönfélébb kombinációkat.
Sokszor a logikai szinten belül is két szint létezik. Ezeknek a csoportosításával már sokan vesződtek, és többnyire eredménytelenül, mert a kivételeknek olyan magas a száma, hogy a szabályok sokszor értelmüket vesztik (mint a német ragozásban).
Leggyakrabban felbukkanó fizikai szintek: RS-232, RS-422, RS-485, Ethernet.
Gyakori logikai szintek: Modbus, Can, CanOpen, Profibus (Standard, DP, PA, FMS), TCP/IP, UDP, ProfiNet.
A kombinációk sokfélék lehetnek, gyakori például a az RS-485 Modbus és az Ethernet Modbus, vagy a Profibus és a Profibus Ethernet-en (Profinet).
Sok esetben a kommunikáció teljesen speciális hardware-en történik, ilyen például az AS-i.
A vezeték nélküli (wireless) kommunikáció egy külön fejezetben található: vezeték nélküli (wireless) kommunikáció.
A fejezet további részében a kommunikációhoz szükséges ismereteket csoportokra osztva próbálom ismertetni.
Az ipari kommunikáció szegmensei
Oldalt a klasszikus automatizálási piramis kép (de: Automatisierungspyramide) látható. Az alacsony terepi szinten zajlik a kommunikáció nagy része. Itt gyors, jellemzően szinkronkommunikációra alkalmas buszokat szokás bevetni, amik a decentralizált perifériákat (DP-ket) kötik össze a PLC-kkel. Fölötte a megjelenítő rendszereknek (SCADA) jelkiszolgálása zajlik a PLC-k felől, mely kommunikáció már jellemzően nem olyan gyors, viszont az egy buszra eső adatmennyiség emelkedik. Az e fölötti szintek már jellemzően az IT hatáskörébe sorolódnak, de általában ezeken a szinteken már egyeduralkodó a TCP/IP.
- ERP: Enterprise Resource Planning
- MES: Manufacturing Execution System
- SCADA: Supervisory Control and Data Acquisition
- PLC: Programmable Logic Controller
Gyakorlatilag
Gyakorlatilag - legalábbis német nyelvterületen - a fenti besorolással találkoztam a leggyakrabban. Besorolás szempontjából még jobban szűkül a csoportok száma, ugyanis jellemzően a „teperepi busz” és „nem terepi busz” kategóriák szoktak előtérbe kerülni.
Hálózati topológiák
A hálózatok egy fontos jellemzője azoknak a topológiája, azaz a hálózat tagjai milyen úton tudnak egymáshoz csatlakozni.
A fenti táblázat csak az alaptopológiákat foglalja össze. Jellemzően a hálózatok egyes részelemeit szokták ezekkel jellemezni, a teljes rendszert „vegyesfelvágott” esetén a hibrid topológia megnevezéssel szokás illetni. Sokszor az alap topológia a „lánc”. Hogy ezt hibatűrőbbé varázsolják (pl. a Profibus esetén), szokás azzal a trükkel élni, hogy voltaképpen egy, adott ponton megszakított „gyűrű” topológiát alkalmaznak, mely hiba esetén bezár. Ilyenkor az adott topológia „lánc, megszakítással” (de: Linientopologie mit Terminierung) névre hallgat.
Busz topológia
Az összes résztvevőt egy kommunikációs csatorna köti össze. Minden áthaladó telegramhoz minden résztvevő hozzáfér, egy magasabb szintű program szabályozza, hog melyik telegramok kerülnek értelmezésre, és melyek elvetésre. Egyidejűleg mindig csak egy állomás küldhet telegramot, ezért a közeghozzáférést szabályozni kell.
Hálózatok kiterjedtsége
WAN/WWAN
hu: távolsági hálózat, en: (wireless) wide area network
földrajzilag távol levő állomások összekapcsolása (adott esetben vezeték nélküli kommunikációval -WWAN), távolság „korlátlan”
MAN
hu: városi hálózat, en: Metropolitan Area Network
egy városon belüli állomások összekapcsolása, távolság: 1-50 km.
LAN
hu: lokális (helyi) hálózat, en: Local Area Network
A távolsága kb. 5 km-ig terjedhet.
LAN fogalma az IEEE szabvány meghatározása alapján:
Olyan adatkommunikációs rendszer, amely lehetővé teszi, hogy számos független eszköz egymással közvetlenül kapcsolatot tartson, közepes kiterjedésű földrajzi területen belül, közepes sebességű, erre a célra telepített fizikai kommunikációs csatornán.
Ennek néhány eleme:
- egyenrangú (peer-to-peer) kommunikációt támogat (minden eszköz státusza a kommunikáció szempontjából azonos), tehát nem centrális és nem hierarchikus jellegű
- eltérő típusú eszközök lehetnek a hálózatban, és ezek egyenrangúak
- közepes kiterjedésű területen van (néhányszor 10 m - 5-10 km). Tipikusan egy épületen belül vagy egymáshoz közeli épületekben levő eszközök között teremt kapcsolatot
- az adatátvitel erre a célra kiépített, telepített közegen keresztül valósul meg (nem úgy mint WAN-nál, ahol pl. pl. a távközlési hálózatot veszik igénybe)
- közepes sebességű (1 Mbps - 10-100 Mbps) az átvitel. A WAN-nál kis sebességű (kb. 64 kbps-ig), a számítógépes egységek között pedig nagysebességű (10-100 Mbps) az adatátvitel sebessége
Erre a hálózatra épül például: IEEE 802.15,
WLAN
hu: lokális (helyi) vezeték nélküli hálózat, en: Wireless Local Area Network
A LAN hálózatok vezetéknélküli változata
HAN
hu: épületautomatizálási hálózat, en: Home Automation Networks
Épületautomatizálási célra kiépített, általában vezeték nélküli (wireless) hálózat.
Példa rá: Thread.
PAN
hu: személyes hálózat, en: Personal Area Network
Olyan számítógépes hálózat, amelyet adatátvitelre használnak a személyes eszközök, például számítógépek, telefonok, táblagépek és személyi digitális asszisztensek. A PAN-okat maguk a személyes eszközök (interperszonális kommunikáció) hozzák létre részben egymás közötti kommunikációra, részben és legtöbb esetben egy magasabb szintű hálózathoz vagy az internethez való csatlakozásra. Ebben az esetben egyik résztvevő „master” eszköz veszi fel az internetes router szerepét.
Sokszor ezt a kategóriát WPAN-ként is jellemzik, kiegészítve a „Wireless” jellemzővel, de a PAN szinte minden esetben vezeték-nélküli kommunikációs hálózatot jelöl, ezért ez a kiegészítés nem igazán indokolt.
Például az alábbi kommunikációs protokollok esnek ebbe a kategóriába: IEEE 802.15, Insteon, IrDA, Vezeték nélküli USB, Bluetooth, Z-Wave, ZigBee, Body Area Network
MicroLAN
hu: mikrohálózat, en: micro Area Network
A hálózat topográfiája megegyezik a LAN-nal, de kiterjedése sokkal szűkebb, azonos a PAN-nal, pár méterben limitálható. Egyszerű eszközbuszok tartoznak jellemzően ebbe a kategóriába, mint például a 1-Wire vagy az I²C.
Adjacent
hu: szomszéd
Az egészen szűk távolságban működödő rádiófrekvenciás eszközök (RFID-k) taroznak ebbe a csoportba.
Adatátviteli módok
en: signaling mode
A fizikai adatátviteli közegen (adatátviteli csatornán) kétféle adatátvitel használatos: digitális (alapsávú), és analóg (szélessávú). A jelátvitelre használt fizikai jellemző villamos vezetéken a villamos feszültség, fénykábelen pedig a fényintenzitás.
Alapsávú adatátvitel
en: baseband signaling
A jelátvitel diszkrét elektromos- vagy fényjelek formájában történik. A jelek az állomástól közvetlenül digitális feszültségjel formájában kerülnek a jelátviteli közegre, modulációs eljárás nem kerül alkalmazásra. Ezáltal azonban közvetlenül maga az információs jel fog torzulni (zaj, zavarok) és csillapodni.
A jeltorzulás (zaj, zavar) kevéssé probléma, mint a jelszint változása (t.i. a komparálást teszi nehézzé ill. megoldhatatlanná). Ugyanis a 0 és 1 megkülönböztetése csak a feladat. Így nagyobb átviteli távolságok esetén jelerősítőkre, jelismétlőkre (repeater) van szükség. Ezek esetenként maguk az állomások is lehetnek. Az alapsávú átvitel alkalmazása a kisebb távolságok esetén (2 km alatt) ajánlott.
Az alapsávú átvitelnél egy csatornán egyidőben egyetlen jel továbbítása történik. Amikor több eszköz időben osztozik a kommunikációs csatornán, azt időosztásos üzemmódnak (Time-Division Multiplexing, lásd még: TDMA) nevezzük. Ez időben multiplex átvitelt jelent az egymás után átviendő információk szempontjából. Azt, hogy melyik időpillanatban melyik eszköz fér hozzá az átviteli csatornához az alkalmazott hozzáférés-vezérlési mód határozza meg.
Az átvitt jel a csatornán terjedhet csak egyirányban (szimplex) vagy időben osztottan kétirányban (fél-duplex), vagy 2 csatorna használata esetén egyidőben kétirányban (duplex).
Mivel az információ a közegen át modulációs eljárás nélkül kerül átvitelre, modulációs eszközre nincs szükség, az állomás és a jelátviteli közeg között adó-vevők (amelyek gyakran az állomásokba be vannak építve) segítik az átvitelt (jelerősítés, jelillesztés, stb. feladattal).
Szélessávú adatátvitel
en: wide-band signaling
A szélessávú átviteli csatorna általános célú megoldás, elsősorban akkor használják, amikor többféle információt is kívánnak egyidőben egy átviteli közegen továbbítani. Tipikusan ilyen a kábel TV (CATV) rendszere. Ez az alapsávú jelátvitelnél szélesebb frekvenciasávot nyújt.
Az átvitel analóg feszültségjellel történik. Az információt hordozó digitális jelet az analóg vivőhullámmal juttatjuk át a közegen. A (szinuszos) vivőhullámra való „ráültetés” a vivőhullám jellemzőinek az átviendő jellel való változtatását jelenti. A változtatási eljárásokat modulációs eljárásoknak nevezzük. A moduláció a 0 és 1 jelnek más-más fajta változtatást feleltet meg, így az átviendő 0-1 jelfolyam a vivőhullám szisztematikus és folyamatos modulációját eredményezi.
A szinuszos vivőhullám ezen jellemzői a következők lehetnek:
- a jel amplitúdója (AM),
- a jel frekvenciája (ill. periódusideje, FM)
- a jel fázishelyzete.
Így az átvitt analóg jelnek sorban az amplitúdója, frekvenciája vagy fázisa hordozza az információt.
Mindegyiknek van előnye és hátránya. A zavarokra jellemzően az AM érzékenyebb, mint az FM.
Multiplex adatátvitel
A távközlési és számítógépes hálózatokon a multiplexelés vagy multiplex adatátvitel egy olyan eljárás, amellyel több analóg vagy digitális jelet egyesítenek egy jellé egy megosztott közegen. A cél a szűkös erőforrások megosztása. Például a multiplexet telekommunikációra alkalmazva több telefonhívást lehet(ett) lebonyolítani egy vezetéken. A multiplexelés az 1870-es években keletkezett a telegráfiában , és azóta is széles körben alkalmazzák a kommunikációban.
csomagkapcsolt átvitel
en:packet switched, de:Paketvermittlung
A csomagkapcsolás egy olyan módszer, amely a digitális hálózaton keresztül továbbított adatokat csomagokba csoportosítja, melyek egy fejlécből és egy hasznos adatokat tartalmazó részből állnak . A fejlécben lévő adatokat a hardverek csatlakozásainál arra használják, hogy a csomagot a rendeltetési helyre irányítsák, ahol a hasznos adatokat kibontja a telegramból az alkalmazásszoftver . A csomagkapcsolás domináns része az adatkommunikációnak világszerte a számítógépes hálózatokon.
Moduláció
A moduláció olyan eljárás, mely biztosítja, hogy egy vivőjel valamilyen formában képes legyen egy üzenetjelet hordozni, és kommunikációs eljárás útján továbbítani. A vivőjel a legtöbb modulációs formában egy (nagyfrekvenciájú elektromos/elekromágneses) színuszos jel, melynek három jellemzőjét; amlitúdóját, fázisát vagy frekvenciáját/hullámhosszát * módosítja az adott eljárás, hogy az üzenet kódolásra kerüljön.
*: A hullámhossz és a frekvencia között fordított arányosság van. A hullámhosszt (λ) megkapjuk, ha a hullám sebességét ( c) elosztjuk a frekvenciával (f):
A modulációk a vivőjel (ami általában egy szinusz-jel) jellege szerint három csoportba sorolhatók: amlitudó- frekvencia- vagy fázismodulációba. Az egyik legegyszerűbb modulációs eljárás például a billentyűzés (shift keying; SK), mely eszerint három - egymástól elkülönülő - modulációt tesz lehetővé: amplitudóbillentyűzés (ASK), frekvenciabillentyűzés (FSK) és fázisbillentyűzés (PSK). Ezekre az eljárásokra (jó, szinte csak az FSK-ra) épül a QAM is például.
A fenti ábrán a „tipikusnak” jellemezhető „QPSK / OQPSK moduláció” látható. Baloldalt a bemeneti digitális jel, azt egy átalakító két párhuzamos adatsorra bontja. Az egyik adatsor az alapjellel, a másik ehhez képest 90°-kal elforgatott alapjelre kerül modulálásra. A végső összegzés után az összegzett kimeneti jel hagyja el az egységet. Ehhez képest az OQPSK ott tér el, hogy az alsó modulálás előtt a bemeneti Qt jelsor késleltetésre kerül.
Modulációs alapfogalmak
Alapsáv
en: baseband
Az alapsáv, alapjel(sorozat), üzenetjel vagy „alapsávi jel” leegyszerűsítve az átvitelre kerülő, moduláció előtti bemenőjel, mely egyaránt lehet analóg vagy digitális.
Modulátor, demodulátor, modem
en: modulator, demodulator, modem
A modulációt a modulátor hajtja végre, és az átvitt jeleket a demodulátor alakítja vissza ismét alapjelekké. A kettő összevonásából keletkezik a modem, mely a jelek oda/vissza alakítására / modulálására egyaránt képes.
Vivőjel
en: carrier, carrier signal
Az a hordozójel, mely a moduláció sajátosságait megtartva (amlitúdó, fázis vagy frekvencia) általában egy állandó (leggyakrabban szinuszos) jel.
Sávszűrő
en: bandpass, bandpass filter; BPF
A digitális jelátvitelnél alkalmazott eljárás, mely biztosítja az átvitel után a zavarmentes kimeneti jeleket. Az átvitel során a különböző modulációk és egyéb (analóg jellegű) jelátalakítások során a digitális jelek karakterisztikája megváltozik (leegyszerűsítve „lekerekedik”). A sávszűrő ezeket a részben eltorzult jeleket képes ismét digitális formába visszaállítani. Az analóg jelek átvitele esetén hasonló célt szolgál az aluláteresztő szűrő.
Aluláteresztő szűrő
en: Low-pass filter; LPF
Az analóg jelátviteli eljáráoknál alkalmazott eljárás, mely a kimenő analóg jel karakterisztikáját javítja fel (vissza). A digitális jeleknél a sávszűrőt (BPF) alkalmazzák erre a célra.
Billentyűzés
en: shift keying; SK
A még a morzézás időszakából hátramaradt elnevezés a digitális átvitel állapotváltásaira utal, azaz a „0” és „1” jelek átmenetére. A legegyszerűbb billentyűző modulációs eljárások: amplitudóbillentyűzés (ASK), frekvenciabillentyűzés (FSK) és fázisbillentyűzés (PSK).
Modulációk
A modulációs eljárásokat sokféleképpen (de többnyire pontatlanul) lehet csoportosítani, például így:
Analóg modulációk | AM: Amplitúdómoduláció FM: Frekvenciamoduláció PM: Fázismoduláció QAM: Kvadratúra amplitúdó moduláció SM: Térmoduláció SSB: Egyoldali moduláció SSB-SC: Egyoldali elnyomott vivő moduláció |
Digitális modulációk | (n)QAM: 4, 8, 16, 32, 64, 128 állapotú kvadratúra amplitúdómoduláció 4GFSK: 4 szintű Gauss frekvenciabillentyűzés AFSK: Audió-frekvencia billentyűzés ASK: Amplitúdóbillentyűzés APSK: Amplitude and phase-shift keying CPM: Folyamatos fázismoduláció GFSK (2GFSK): Gauss frekvenciabillentyűzés FSK: Frekvenciabillentyűzés MFSK: Többszörös frekvenciaeltolásos billentyűzés MSK (GMSK): minimum eltolásos billentyűzés OOK: jelmegszakításos billentyűzés PAM: impulzus-amplitúdó moduláció PCM: Impulzus-kód moduláció PDM: Impulzusűrűség moduláció PPM: impulzus-pozíció moduláció PSK: Fázisbillentyűzés PWM: impulzus-szélesség moduláció vagy aktív ciklusidő QAM: Kvadratúra amplitúdó moduláció QPSK (4-PSK, 4-QAM): Négyállapotú fázismoduláció SC-FDE: Single-carrier FDMA TCM: Trellis moduláció WDM: Wavelet moduláció |
Hiearhikus modulációk | QAM: Kvadratúra amplitúdó moduláció WDM: Wavelet moduláció |
Szórt spektrum (SS) | CSS: ciripelő szórt spektrum DSSS: közvetlen szekvenciájú szórt spektrum FHSS: frekvenciaugrásos szórt spektrum THSS: időosztásos szórt spektrum |
AM
en: Amplitude modulation
hu: amplitúdómoduláció
Az elekronikus kommunikációban alkalmazott egyik leggyakoribb, nem digitális modulációs eljárás. Az amplitúdómodulációban a vivőhullám amplitúdója (jelerőssége) arányosan változik az átadandó üzenetjelhez viszonyítva. Az üzenetjelzés lehet például egy hangszóró által reprodukált hang vagy például a televízió képernyőjének fényereje. Ez a technika jelentősen eltér a frekvencia modulációtól (FM), ahol a vivőjel frekvenciája változik, vagy a fázis modulációtól (PM), ahol a vivőjel fázisa változik.
Az AM volt a legkorábban alkalmazott modulációs eljárás, ennek alkalmazásával kezdtek el a rádiók adást sugározni, és ez napjainkig az egyik legismertebb és legelterjedtebb AM modulációs alkalmazás.
Modulációs index
Az ampitúdómoduláció egyik legfontosabb jellemzője a modulációs index. Ez a modulálatlan hordozó-szignál és a modulált jel „erősítési” arányát jellemzi:
MASK
en: multiple amplitude levels
hu: több(szörös) amplitúdószint
AZ AM átvitel digitális jelátvitelre való felhasználásánál az átviteli sebesség (pl. az OOK-hoz képest duplájára) növelhető, ha két átviteli állapot helyett például négy (00, 01, 10, 11) kerül definiálásra, és mindegyikhez egy-egy amlitúdó-szintet rendelünk hozzá:
FM
en: Frequency modulation
hu: Frekvenciamoduláció
Míg az amplitúdómoduláció (AM) esetén a vivőhullám amplitúdója (jelerőssége), addig a frekvenciamoduláció (FM) esetén a vivőjel frekvenciája változik (az összehasonlító animációt lásd fenn, az AM-nél). Az FM-et csakúgy, mint az AM-et először a rádióadások továbbítására kezdték el alkalmazni, de gyorsan kiderült, hogy az AM-nél zavartűrőbb ez a modulációs eljárás, így ma már a rádiókommunikációban jelentősen elterjedtebb, mint az AM. Emellett a digitális átvitelre is jól alkalmazható az FM, erre a legegyszerűbb példa az FSK (Frekvenciaeltolásos billentyűzés) digitális moduláció.
Az FM-et gyakran alkalmazzák még sok más területen is: EEG, kétirányú rádiórendszerek, szeizmikus elemzőrendszerek, videó-átviteli rendszerek (pl a mára már kihalt VHS).
PM
en: Phase modulation
hu: fázismoduláció
A fázismoduláció a két jel, a vivőhullám és az üzenetjel összegzett (pillanatnyi) szögmodulációjából alakul ki. A lenti ábra ennek a modulációnak a működését szemlélteti:
A fenti animáción a piros színnel a vivőhullám, míg kékkel az üzenetjel látható. Az összegzett (modulált) kimeneti jelet a zöld színnel jelölt görbe szimbolizálja (g(t) = π/2 * sin(2*2πt+ π/2*sin(3*2πt))).
A fázismodulációra a jelenlegi kommunikációs eljárások is igen gyakran támaszkodnak, így a Wi-Fi, GSM, műholdas televíziós átvitel is a PM különböző (specifikus) válfajait alkalmazza.
(n)QAM
en: Quadrature amplitude modulation
hu: Kvadratúra amplitúdómoduláció
A kvadratúra amplitúdómoduláció (QAM) különböző fajtái (QAM4, QAM8, QAM16, QAM32, QAM64, QAM128, QAM256,..), és az ezekhez kötődő analóg modulációs rendszerek a telekommunikációban széles körben alkalmazásra kerültek. A két (négy, nyolc, stb..) – egymáshoz képest elcsúsztatott fázisú – hordozóhullám amiltudójának a módosításával két (négy, nyolc, stb..) analóg üzenetjelet vagy két digitális adatfolyamot továbbít. A fenti amlitúdó módosítás jellemzően vagy AM, vagy ASK modulációval történik. A hordozóhullámok jellemzően szinuszosak, és leggyakrabban egymáshoz képest 90°-os eltolással kerülnek összegzésre.
A QAM4, vagy 4-QAM hivatalosan a QPSK névre „hallgat” (Hiába más a két moduláció képzése (amlitudó vs. fázis), a modulált kimenet mindkét esetben azonos).
Legtöbb besorolás szerint a QAM a billentyűző (shift keying) eljárásokra, úgymint a PSK-ra, FSK-ra és ASK-ra épül.
A QAM modulációs eljárást alkalmazzák például a 802.11 Wi-Fi szabványokhoz, vagy a digitális kábeltévék jelátviteléhez, például a Digital Video Broadcast (DVB)-hoz.
Balra a különböző QAM modulációkkal átvihető adatmennyiségek összehasonlítása, jobbra a QAM16 adatáviteli animációja látható.
AFSK
en: Audio frequency-shift keying
hu: Audió-frekvencia billentyűzés
Az AFSK egy olyan modulációs eljárás, ahol a digitális jeleket a hangtónus frekvenciájának (hangmagasságának) voltoztatásával lehet átvinni. Gyakorlatilag a 0-k és 1-esek két hangmagasság váltogatásával vihetők át.
APSK
en: Amplitude and phase-shift keying, asymmetric phase-shift keying
hu: amplitúdó és a fázisbillentyűzés
Az amplitúdó és a fázisbillentyűzés (APSK) egy olyan digitális modulációs séma, amely adatátvitel útján megváltoztatja vagy modulálja a vivőhullám amplitúdóját, és fázisát is egyben. Más szóval, kombinálja az amplitúdóbillentyűzést (ASK) a Fázisbillentyűzéssel (PSK). Ez a megoldás a Kvadratúra amplitúdómoduláció (QAM) szuperosztályának tekinthető.
ASK
en: amplitude-shift keying
hu: Amplitúdóbillentyűzés
A modulációk a vivőjel (ami általában egy szinusz-jel) jellege szerint három csoportba sorolhatók: amlitudó- frekvencia- vagy fázismodulációba. Az egyik legegyszerűbb modulációs eljárás például a billentyűzés (shift keying; SK), mely eszerint három - egymástól elkülönülő - modulációt tesz lehetővé: amplitudóbillentyűzés (ASK), frekvenciabillentyűzés (FSK) és fázisbillentyűzés (PSK).
Az ASK esetében ezt úgy valósítják általában meg, hogy digitális „1” átvitele esetén a megváltoztatott ampitudójú szinuszos hordózójel, míg „0” esetén a hordózójeljel a kimenetre. A lenti ábrán az ASK és az OOK (és az FSK) „működése” vethető össze:
FSK
en: Frequency-shift keying
hu: Frekvenciabillentyűzés
A modulációk a vivőjel (ami általában egy szinusz-jel) jellege szerint három csoportba sorolhatók: amlitudó- frekvencia- vagy fázismodulációba. Az egyik legegyszerűbb modulációs eljárás például a billentyűzés (shift keying; SK), mely eszerint három - egymástól elkülönülő - modulációt tesz lehetővé: amplitudóbillentyűzés (ASK), frekvenciabillentyűzés (FSK) és fázisbillentyűzés (PSK). Ezekre az eljárásokra (jó, szinte csak az FSK-ra) épül a QAM is például.
Az FSK esetében ezt úgy valósítják általában meg, hogy digitális „1” átvitele esetén a szinuszos hordózójel frekvenciája a moduláció hatására megváltozik, míg „0” esetén a „sima” szinuszos hordózójel kerül a kimenetre.
Az FSK-t jellemzői:
- Maximális adatátviteli sebessége 1200 bps
- Általában magasfrekvenciás rádióátvitel: 3..30 MHz
Az FSK-n alapuló modulációk
GFSK
hu: Gauss frekvenciabillentyűzés
en: Gaussian Frequency Shift Keying
A Gauss-féle frekvenciabillentyűzés alapvetően kétszintű, ezért a 2GFSK gyakorlatilag a „mezei” GFSK-nak felel meg, ellenben például a 4GFSK-val, ami már jelentősen eltér az alapeljárástól.
Maga a kódolás egyébként bot egyszerűségű lépéseken alapul, ezért aztán nagyon elterjedt moduláció, ezt alkalmazza többek között a DECT, Bluetooth, Cypress WirelessUSB, Nordic Semiconductor (nRF24), Texas Instruments LPRF, Z-Wave. A legegyszerűbben egy példán keresztül lehet bemutatni; küldjünk el egy „M” betűt („1001101”) GFSK-val:
Gyakorlatilag a „0”-k átvitelénél a frekvencia lefelé, az „1”-eknél a középértéktől felfelé tolódik el. Egyszerűsége szempontjából ez az eljárás nagyon hasonlít az OOK-ra.
4GFSK
hu: 4 szintű Gauss frekvenciabillentyűzés
en: 4-Level Gaussian Frequency Shift Keying
A fent ismertetett „normál” GSFK ebben az esetben úgy módosul, hogy a fenti átvivő két jeles szimbólumhalmazt négyre bővíti, azaz a „0” és az „1” helyett lesz „00”, „01”, „10” és „11”. Ezzel nyilván az átviteli sebesség rögtön duplázódik; a jeltovábbításhoz az alábbi hullámformákat kell a kétbites szimbólumokhoz hozzárendelni:
Nézzük meg a fenti „M” betűt („1001101”), hogy ezesetben milyen formában sikerül majd továbbítani:
OOK
en: On-Off Shift Keying
hu: jelmegszakításos billentyűzés
Az OOK a legegyszerűbb modulációs (konkrétabban digitális amplitúdómodulációs) eljárás, ahol a digitális 0-nak a „nincs jel”, míg a digitális 1-nek a „van jel” állapot feleltethető meg. A legegyszerűbb és leggyakoribb alkalmazási módja a morze-kód átvitele.
Ez a moduláció bár rendkívül egyszerű, hibatűrőnek nem nevezhető, zavarójelekre rendkívül érzékeny. A rádiófrekvenciás alkalmazása mellett optikai átviteli megoldásoknál is gyakorlatilag egyeduralkodó, így például az IR-nél.
PSK
en: Phase-shift keying
hu: Fázisbillentyűzés
A modulációk a vivőjel (ami általában egy szinusz-jel) jellege szerint három csoportba sorolhatók: amlitudó- frekvencia- vagy fázismodulációba. Az egyik legegyszerűbb modulációs eljárás például a billentyűzés (shift keying; SK), mely eszerint három - egymástól elkülönülő - modulációt tesz lehetővé: amplitudóbillentyűzés (ASK), frekvenciabillentyűzés (FSK) és fázisbillentyűzés (PSK). Ezekre az eljárásokra (jó, szinte csak az FSK-ra) épül a QAM is például.
A PSK esetében ezt úgy valósítják általában meg, hogy digitális „1” átvitele esetén a szinuszos hordózójel fázisa a moduláció hatására megváltozik (például a hordozójel negáltja lesz), míg „0” esetén a „sima” szinuszos hordózójel kerül a kimenetre.
PAM
en: Pulse-amplitude modulation
hu: impulzus-amplitúdó moduláció
A PAM egy analóg-digitális kódolási eljárás. Az analóg jelet (pl. zenei hangcsatornát) egy mintavételezési idővel és egy kötött felbontással digitális jelekké képezi. Minél hosszabb a mintavételezési raszter, illetve minél nagyobb a felbontás, a leképezés annál pontatlanabb lesz.
PCM
en: pulse-code modulation,
de: Puls-Code-Modulation,
hu: Impulzus-kód moduláció
A PCM egy analóg-digitális kódolási eljárás, melynek első lépése a PAM (Pulse-amplitude modulation), ami az analóg jelet egy mintavételezési idővel és egy kötött felbontással digitális jelekké képezi. A PCM az ezt követő lépésben RZ vagy NRZ kódolással képez adatkimenetet.
Ez a moduláció az alapja a digitális audio szabványoknak, így ezt alkalmazzák a számítógépek, kompakt lemezek, digitális telefonok és más digitális audiotechnológiák eljárásaiban.
PDM
en: Pulse-density modulation,
de: Pulsdichtemodulation,
hu: Impulzusűrűség moduláció
Az eljárás lépései gyakorlatilag megegyeznek a jóval ismertebb PCM-ével, azzal a külömbséggel, hogy a PDM a jelszint változásait impulzussűrűség-leképezéssel követi. A PCM-PDM összevetése a PCM-nél található. A PDM a Sony Super Audio CD (SACD) formátumában használt kódolás, a Direct Stream Digital név alatt .
PPM
en: pulse-position modulation,
hu: impulzus-pozíció moduláció
A PPM jelmodulációban az érdemi információt az impulzusok hossza kódolja, az impulzusok rögzített időközönként ismétlődnek. Ez a moduláció-típus nagyon hasonlít a PWM-re, azzal a különbséggel, hogy az impulzusok nem érik el a teljes jelkitöltést. A PPM modulációt alkalmazzák például a szervó-vezérlések:
A szervók vezérlése 50 Hz-es impulzusokon keresztül történik. A teljes ciklusidő így egy impulzusra 20 ms. A minimum érték 1ms, a maximum 2ms impulzushosszhoz köthető. A lenti példán egy PPM példa (animáció) látható:
MSK
hu: minimum eltolásos billentyűzés
en: Minimum frequency-shift keying / minimum-shift keying
Az MSK az FSK egy, az 50-es években rádióátviteli rendszerekre, teljesítményerősítőkre kifejlesztett változata, ahol a magasabb és az alacsonyabb frekvenciák közötti különbség megegyezik a bitráta felével. A 0 és 1 biteket ábrázoló hullámalakok egy fél hordozó-periodusnyit különbözhetnek egymástól.
Az MSK egyik képzési módja az un. Hilbert-traszformáció. A moduláció menete ennek alkalmazásávaL.
GMSK
en: Gaussian minimum shift keying
Az MSK egy továbbfejlesztett mintavételes minimális eltolású moduláció változata a GMSK, amit főleg a GSM rendszerű mobiltelefonos átvitelnél alkalmaznak.
NEC IR moduláció
A NEC protokoll a bitek impulzus távolság kódolását használja. Minden impulzus egy 560 μs hosszú 38 kHz-es jelsor (kb. 21 ciklus). Egy logikai „1” 2,25 ms-os időszelet első részét tölti ki, míg a logikai „0” ennek csak a fele, azaz 1,125 ms.
Tovább a NEC IR-hez.
PWM
en: pulse-width modulation,
de: Pulsweitenmodulation / Pulsdauermodulation (PDM),
hu: impulzus-szélesség moduláció vagy aktív ciklusidő
A PWM (szigorúan programozói szempontból) egy analóg jelnek a digitális kimeneten keresztüli képzését jelenti. A digitális jelet a kimeneten nagyon gyorsan ki-be kapcsolgatva és megfelelő „ki-be” fázishosszok tartásával a kimenet kitöltöttsége, így az össz-analóg jelszintje szabályozható. Minél nagyobb a jelkitöltöttség, az analóg szignál annál inkább közelíteni fog a maximumához, mint az a lenti, arduinos példán is jól követhető.
QPSK, 4-PSK, 4-QAM
en: Quadrature Phase Shift Keying
hu: Négyállapotú fázismoduláció
A QPSK (más néven 4-PSK vagy 4-QAM) a PSK moduláció egy specifikus formája, ahol egyidejűleg 2 bit kerül modulálásra, a négy lehetséges fázisváltás (0°, 90°, 180°, vagy 270°) felhasználásával, úgy, hogy a digitális jeleket Gray-kódolással képezik ki (01, 11, 10, 00):
Ez gyakorlatilag a QAM moduláció 4. szintjének felel meg, hiába más a két moduláció képzése (amlitudó vs. fázis), a modulált kimenet mindkét esetben azonos. Ez az modulációs mód ugyanazzal a sávszélességgel kétszer annyi adatot tud egységnyi idő alatt továbbítani, mint a PSK vagy a BPSK, mindezt úgy, hogy a BER-(hibaráta)értéke a lassabb rendszerekhez képest nem lesz magasabb.
SM
hu: térmoduláció
en: space modulation
Ez a modulációs típus több szempontból is jelentősen eltér a klasszikus (AM, FM, PM) vonaltól.
Az SM-et a műszeres leszállórendszerek (instrument landing system; ILS) használják a (lég)térben a pontos (leszállási) pozíció meghatározására. A „vivőjeleket” a földi jeladók biztosítják, de a moduláció nem a jeladókban, hanem a légtérben, a repülőgépek fedélzetén található vevőegységekben jön létre, és ennek változásai alapján a repülőgépek pozíciója a térben is (akár rossz látási körülmények között is) pontosan meghatározható.
Az SM moduláció a legegyszerűbben talán az ILS vázlatos működésén keresztül szemléltethető:
ILS
en: instrument landing system
hu: műszeres leszállórendszer
A légijárművek a műszeres leszállórendszert (instrument landing system; ILS) használják a (lég)térben a pontos (leszállási) pozíció meghatározására, ennek működése az SM (space modulation) moduláción alapul.
Az ILS két rádiójelből áll: az iránysáv (localizer) vízszintes pozíciómeghatározásra; a pályaegyenes meghatározására szolgál, míg a siklópálya (glide slope) a függőleges ideális süllyedési profilt határozza meg. A siklópálya jeladója a pályaküszöb végére irányul, hogy a repülőgépek futópályára való pontos behelyezkedését támogassa.
SSB / SSB-SC
hu: SSB: egyoldali moduláció, SSB-SC: egyoldali elnyomott vivő moduláció
en: SSB: single-sideband modulation, SSB-SC: single-sideband suppressed-carrier modulation
Rádióátviteli megoldásoknál gyakran szokták használni az SSB-t (single-sideband modulation, egyoldali moduláció) vagy az SSB-SC-t (single-sideband suppressed-carrier modulation, egyoldali elnyomott vivő modulációt). Az amplitúdómoduláció (AM) egyik nagy hátrányát próbálja kiküszöbölni az SSB, mivel az AM sávszélessége kétszerese az eredeti alapsávú jelnek.
Gyakorlatilag ezt a jelformát felezi le az SSB, aminek a felezés által két alváltozata van:
Az USB (upper side band), mely az AM felső- és az LSB (lower side band), ami az AM kimenet alsó részét használja fel átvitelre:
![]() | ![]() |
alapjel | teljes AM moduláció |
![]() | ![]() |
USB (upper side band) | LSB (lower side band) |
OSI (-ISO) referencia modell
en: Open System Interconnection (- International Standardization Organization)
- Tudod, mi Ogrék olyanok vagyunk, mint a hagymák.
- Büdösek?
- Neeeem. Sokrétegűek. Mint a hagymák.
(hogy miért ez az filmrészlet jutott eszembe az OSI-ISO kapcsán, nem tudom. Talán, mert a kölykeim most nézik meg kb. 54.-szer a Shrek-et).
Azért az elején még próbálkozzunk meg némi kis elmélettel, mert jellemző és visszatérő eleme egy kommunikációs rendszer leírásának az OSI-ISO modellre való hivatkozás.
Két egység között – mielőtt egy buszon elindulna a kommunikáció – az átvitel és a hozzáférés módját meg kell határozni. Erre a célra született az International Standardization Organization (Nemzetközi Szabványügyi Szervezet - ISO) által meghatározott 7 rétegű (7 layer) modell, az OSI (Open System Interconnection). Az ez által meghatározott rétegek a következők:
Level szint | Layer réteg | Name név | Description leírás |
---|---|---|---|
7 | Application layer | Alkalmazási réteg | Supplies the application-specific communication Alkalmazás specifikus kommunikáció biztosítása. |
6 | Presentation Layer | Megjelenítési réteg | Transforms the data from the standard display of the communication system to the site specific form. Ez a szint átalakítja/konvertálja az üzenetek formáját. |
5 | Session Layer | Viszonylati réteg | responsible for connecting, disconnecting, and monitoring of communication link. Ez a szint határozza meg a csatlakozások, lecsatlakozások módját, biztosítja a kommunikáció felügyeletét. |
4 | Transport Layer | Forgalmazási réteg | Responsible for transport control. Ez a réteg felel az adatátvitel irányításáért. |
3 | Network Layer | Hálózati Réteg | Responsible for data path from one address to another. Ez a réteg felel a címek közötti adatút meghatározásáért. |
2 | Data Link Layer | Adatkapcsolati réteg | Responsible for error recognition and error elimination. Ez a réteg felel a hibafelismerésért és kiküszöböléséért. |
1 | Physical Layer | Fizikai réteg | Specifies physics of data transmission. Az adatátvitel fizikai specifikációja |
A fenti (OSI) modell sok esetben (khmm) nem igazán működőképes, túl elméleti, melyet a gyakorlat rendszeresen cáfol a saját referencia modelljeivel, például a TCP/IP referencia-modellel. Viszonyítási alapként viszont mindig egy visszatérő pontja a kommunikáció-leírásoknak, az alábbi rétegeivel:
Az adatátvitellel foglalkozó rétegek
1: Fizikai réteg
de: Physikalische Schicht, en: physical layer
A bitek kommunikációs csatornára való kibocsátásáért felelős. Biztosítania kell, hogy az adó által küldött jeleket a vevő is azonosként értelmezze. Nagyon sok ipari busz gyakorlatilag csak ezt az egy OSI szintet definiálja: 1-Wire, ARINC 818, Bluetooth, CAN, DSL, RS-232, RS-422, RS-423, RS-449, RS-485, Etherloop, GSM, I²C, I²S, IEEE 1394, ISDN, IRDA, ITU, OTN, SPI, SMB, USB.
2: Adatkapcsolati réteg
de: Sicherungsschicht, en: data link layer
Alapvető feladata a hibamentes átvitel biztosítása a szomszéd gépek között, vagyis a hibás, zavart, tetszőlegesen kezdetleges átviteli vonalat hibamentessé transzformálja az összeköttetés fennállása alatt. Az adatokat adatkeretekké (data frame) tördeli, továbbítja, a nyugtát fogadja, hibajavítást és forgalomszabályozást végez. Meghatározza a forgalmazás módját és annak mikéntjét.
3: Hálózati réteg
de: Vermittlungsschicht, en: network layer
A kommunikációs alhálózatok működését vezérli, feladata az útvonalválasztás forrás és célállomás között. Ha az útvonalban eltérő hálózatok vannak, akkor fregmentálást, protokoll átalakítást is végez. Az utolsó olyan réteg, amely ismeri a hálózat topológiáját.
4: Forgalmazási réteg
de: Transportschicht, en: transport layer
Feladata a végpontok közötti hibamentes adatátvitel biztosítása. Már nem ismeri a topológiát, csak a két végpontban van rá szükség. Feladata az összeköttetések felépítése, bontása, csomagok sorrendbe állítása.
A logikai összeköttetéssel foglalkozó rétegek
5: Viszonylati réteg
de: Kommunikationssteuerungsschicht, en: session layer
Lehetővé teszi, hogy két számítógép felhasználói kapcsolatot létesítsenek egymással. Jellegzetes feladata a logikai kapcsolat felépítése és bontása, párbeszéd szervezése. Szinkronizációs feladatokat is ellát, ellenőrzési pontok beépítésével.
6: Megjelenítési réteg
de: Darstellungsschicht, en: presentation layer
Az egyetlen olyan réteg, amely megváltoztathatja az üzenet tartalmát. Tömörít, rejtjelez (adatvédelem és adatbiztonság miatt), kódcserét (pl.: ASCII - EBCDIC) végez el.
7: Alkalmazási réteg
de: Anwendungsschicht, en: application layer
Széles körben igényelt szolgáltatásokat tartalmaz. Pl.: fájlok gépek közötti másolása.
Alkalmazott OSI táblázatok
A rétegek megnevezései magyarul, angolul, németül
Szint | Magyarul | Németül | Angolul |
---|---|---|---|
7 | Alkalmazási réteg | Anwendungsschicht | Application layer |
6 | Megjelenítési réteg | Darstellungsschicht | Presentation layer |
5 | Viszonylati réteg | Kommunikationssteuerungsschicht | Session layer |
4 | Forgalmazási réteg | Transportschicht | Transport layer |
3 | Hálózati réteg | Vermittlungsschicht | Network layer |
2 | Adatkapcsolati réteg | Sicherungsschicht | Data Link layer |
1 | Fizikai réteg | Physikalische Schicht | Physical layer |
Példák az OSI modellre
Réteg | Fontos példa | TCP/IP készlet | SS7 | AppleTalk készlet | OSI készlet | IPX készlet | SNA | UMTS |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
7 - Alkalmazás | HL7, Modbus, SIP | HTTP, SMTP, SMPP SNMP, FTP, Telnet, NFS, NTP | ISUP, INAP, MAP, TUP, TCAP | AFP, PAP | FTAM, X.400, X.500, DAP | APPC | ||
6 - Megjelenési | TDI, ASCII, EBCDIC, MIDI, MPEG | XDR, SSL, TLS | AFP, PAP | ISO 8823, X.226 | ||||
5 - Viszonylati | Named Pipes, NetBIOS, SAP, SDP | Viszonylat kiépítés TCP-vel | ASP, ADSP, ZIP | ISO 8327, X.225 | NWLink | DLC? | ||
4 - Átviteli | NetBEUI | TCP, UDP, RTP, SCTP | ATP, NBP, AEP, RTMP | TP0, TP1, TP2, TP3, TP4, OSPF | SPX, RIP | |||
3 - Hálózati | NetBEUI, Q.931 | IP, ICMP, IPsec, ARP, RIP, BGP, OSPF | MTP-3, SCCP | DDP | X.25 (PLP), CLNP | IPX | RRC (Radio Resource Control) | |
2 - Adatkapcsolati | Ethernet, Token ring, FDDI, PPP, HDLC, Q.921, Frame Relay, ATM, Fibre Channel | MTP-2 | LocalTalk, TokenTalk, EtherTalk, Apple Remote Access, PPP | X.25 (LAPB), Token Bus | IEEE 802.3 framing, Ethernet II framing | SDLC | MAC (Media Access Control) | |
1 - Fizikai | RS-232, V.35, V.34, Q.911, T1, E1, 10BASE-T, 100Base-TX, ISDN, SONET, DSL | MTP-1 | Localtalk árnyékolt, Localtalk árnyékolás nélküli kábelen (PhoneNet) | X.25 (X.21bis, EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, EIA-530, G.703) | Twinax | PHY (Physical Layer) |
TCP/IP referencia modell
en: Transmission Control Protocol with Internet Protocol Reference Modell
Az OSI modell meglehetősen elméleti, naftalin-szagú besorolásai a leglátványosabban az Internet és annak valóban kaotikusan egymásra épülő protokolljai mondanak ellent, de legalábbis feszegetik a határait.
A TCP/IP modell részben egyszerűsíti, részben pedig bonyolítja az OSI-t. Egyszerűsítés, hogy a hét szint helyett csak négyet határoz meg úgy, hogy a felső három szintet egy rétegbe tömöríti - csakúgy, mint csaknem az összes automatizálástechnikai leírást tartalmazó szakkönyv. Az alsó két réteget is összevonja a modell, DE. Helyette kijelenti, hogy az adatkapcsolati réteg helyén voltaképpen két szint található meg, az LLC és a MAC. Nem egyszerűsíti a helyzetet az IEEE 802 alkalmazása sem, ami voltaképpen a két alsó OSI szinttel definiálható kommunikációs formákat tartalmaz.
A TCP/IP-ről bővebben itt olvashat.
A MAC/OUI-ről bővebben itt olvashat.
LLC
hu: logikai kapcsolatvezérlési alréteg, en: Logical Link Control
Az LLC ellenőrzi a vett keretek épségét, kéri és végzi az újraküldést és szervezi a kapcsolatot, a MAC réteg szolgáltatásainak (keret adása és vétele) felhasználásával.
MAC
hu: közeghozzáférési alréteg, en: Medium Access Control
A MAC alréteg feladata a közeghez való hozzáférés, a kereteknek a kábelre való juttatása (az adási jog megszerzése és az adás).
adatbeágyazás
de: Einkapselung, en:encapsulation
Az egymásra épülő rétegek protokollegyedei adategységekkel kommunikálnak (PDU - Protocol Data Unit, SDU - Service Data Unit), melyeket saját fejrésszel ellátva a következő rétegnek adnak tovább. A távoli oldalon a fejrész eltávolításával érhető el az adat. A fejrész leíró és szabályzó információkat tartalmazhat az adatról, az átvitelről.
Az ethernetes adatátvitel jellemzője, hogy az információt a küldő oldalon a különböző protokollok lépésről-lépésre csomagolják be, a fogadó oldalon pedig ugyanez zajlik le, csak kicsomagolás művelettel. Az etherneten az információ matrioska-baba jelleggel utazik, csak itt a rétegeket a protokollokhoz tartozó header-ek szimbolizálják.
A fenti példán a TCP/IP-s egymásba ágyazott telegrammok láthatók. A fogadó oldalon a különböző szinteket kezelő protokollok lehámozzák a számukra szükséges információkat a beérkező táviratról, és a sor végén a böngésző számára is olvasható információ-rész marad. (A teljes oldalt jellemzően több telegramm tartalmából kell összeácsolnia).
Az adatbeágyazásra jellemző, hogy a referencia-modell minden szintjén (az utolsót kivéve) egy -egy header-rel bővül a telegramm tartalma. Alkalmazott példák a fejlécekre:
forgalmazási réteg: TCP fejléc, UDP fejléc
Internet réteg: IPv4 fejléc, IPv6 fejléc
Klón: UDP pseudo header IPv4, UDP pseudo header IPv6
Adatstruktúrák
A fenti adategységeket logikus módon eltérő nevekkel illették, hogy jól elkülöníthetők legyenek a kódolási / feldolgozási folyamat különböző szintjein található adatstruktúrák. Csak hogy az életünk egyszerűbb legyen, ezek a megnevezések az UDP és TCP jellegű struktúráknál eltérőek.
Protokollok OSI / TCP/IP besorolása
OSI-rétegek | Protokollok | TCP/IP-rétegek (és az IEEE 802*) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
7 | alkalmazási réteg (application layer) | Profibus DPV0 Profibus DPV1 Profibus DPV2 Profibus FMS | Profibus Profinet | alkalmazási réteg (application layer) | 4 | ||
6 | megjelenítési réteg (presentation layer) | Profibus Profinet | alkalmazási réteg (application layer) | 4 | |||
5 | viszonylati réteg (session layer) | Profibus Profinet | alkalmazási réteg (application layer) | 4 | |||
4 | forgalmazási réteg (transport layer) | TCP TCP/IP UDP | forgalmazási réteg (transport layer) | 3 | |||
3 | hálózati réteg (network layer) | IPv4 IPv6 | Internet réteg (Internet layer) | 2 | |||
2 | adatkapcsolati réteg (data link layer) | Profibus FDL | ethernet | adatkapcsolati réteg (host to network layer) LLC / MAC | 1 | ||
1 | fizikai réteg (physical layer) | RS-232 RS-422 RS-485 MBP száloptika | ethernet | adatkapcsolati réteg (host to network layer) | 1 |
A fenti táblázatban az oldalon szereplő protokollokat próbáltam az OSI és TCP/IP modellek szerinti besorolásoknak megfeleltetni.
A -meglehetősen elméleti - OSI modell mellé a fenti táblázatba felvettem a TCP/IP besorolást is, illetve a kissé elütő színnel az IEEE 802-t jelöltem.
Az IEEE 802 arról rendelkezik, hogy az adatkapcsolati réteg két részre oszlik. Lásd LLC és MAC. Ezt részben a TCP/IP referencia-modell magába foglalja.
Az IEEE 802 szabványcsalád
en: IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers
Lokális hálózatokra az IEEE - követve az OSI modellt - kialakította az ún. 802-es szabványcsaládját, az alsó két réteg megvalósításaként (lásd a fenti táblázatot). Az adatkapcsolati rétegben ez a szabvány a már említett két, jól elkülöníthető funkciókkal rendelkező alréteget különbözteti meg (LLC, MAC). A MAC alrétegben az IEEE 802-es szabványai a CSMA/CD-t, a vezérjelgyűrűt és a vezérjelbuszt támogatják vezérlési módként.
A fizikai rétegben pedig három közeget (sodrott érpár vezeték, koaxális vezeték, száloptikai vezeték) adnak meg, meghatározva a vezeték és átvitel típusát, a kódolási módot, adatsebességet. Néhány kiragadott IEEE 802-es szabványt a lenti ábra szemléltet.
OSI réteg | IEEE 802 réteg | IEEE 802 szabványok | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2 | LLC : logikai kapcsolat- vezérlési alréteg | LLC : logikai kapcsolatvezérlési alréteg | ||||||
2 | MAC : közeghozzá- férési alréteg | CSMA/CD | vezérjel busz | vezérjel gyűrű | ||||
1 | fizikai réteg (physical layer) alkalmazott vezetéktípusok | alapsávú koaxális vezeték | szélessávú koaxális vezeték | alapsávú sodrott vezeték | szélessávú koaxális vezeték | alapsávú koaxális vezeték | alapsávú sodrott vezeték | alapsávú koaxális vezeték |
Az IEEE 802 szabvány családot az IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee (LMSC) gondozza. A legszélesebb körben használt szabványok az Ethernet család, a IEEE 802.3, a token ring, a vezeték nélküli LAN-ok a bridzselt és virtuálisan bridzselt LAN-ok.
- IEEE 802.1 Magas szintű LAN protokollok
- IEEE 802.2 Logical link control és Media Access Control
- IEEE 802.3 Ethernet
- IEEE 802.4 Token bus (feloszlatva)
- IEEE 802.5 Token Ring (vezérjeles gyűrű)
- IEEE 802.6 Városi hálózatok (feloszlatva)
- IEEE 802.7 Koaxiális kábelt használó alapsávi LAN-ok(feloszlatva)
- IEEE 802.8 Fiber Optic TAG (feloszlatva)
- IEEE 802.9 Integrált LAN szolgáltatások(feloszlatva)
- IEEE 802.10 Együttműködő LAN-ok biztonsága(feloszlatva)
- IEEE 802.11 Wireless LAN (Wi-Fi zárójelentés)
- IEEE 802.12 igény prioritások
- IEEE 802.13 (nem használt)
- IEEE 802.14 kábel modemek (feloszlatva)
- IEEE 802.15 Wireless PAN
- IEEE 802.15.1 (Bluetooth zárójelentés)
- IEEE 802.16 Alapsávi vezetéknélkü hozzáférés (WiMAX zárójelentés)
- IEEE 802.16e (Mobil) alapsávi vezeték nélkül hozzáférés
- IEEE 802.17 rugalmas csomag gyűrű
- IEEE 802.18 Rádió szabályozási TAG
- IEEE 802.19 Coexistence TAG
- IEEE 802.20 Mobil alapsávi vezeték nélküli hozzáférés
- IEEE 802.21 Média független kezelés
- IEEE 802.22 Vezeték nélküli regionális hálózatok
Közeghozzáférési eljárások
Lokális hálózatok egyik fontos közös tulajdonsága, hogy sok eszköz akar használni egyetlen átviteli közeget. Ezért a közeghez való hozzáférést vezérelni kell. A vezérlési módszerek a hálózatok egyik csoportosítási alapját adják, és ennek fajtái:
közeghozzáférés | technológia | előnyei | hátrányai | ahol alkalmazzák |
---|---|---|---|---|
közvetlen hozzáférés | p2p full duplex | - nincs közeghozzáférési eljárás | - költségesebb vezetékezés | RS-232 (full duplex) |
véletlen vezérlés | CSMA/CD | gyér forgalom esetén gyors a közeghez való hozzáférés | nagy forgalomnál sok ütközés keletkezik, ami még több adást és így egyre nagyobb forgalmat generál | Ethernet |
véletlen vezérlés | CSMA/CR | - gyors hozzáférés - priorizálás az üzenetek / állomások között | alacsony prioritás mellett esetleges hozzáférés | CAN-Bus |
osztott vezérlés | CSMA/CA | WLAN technológiáknál előnyösebb a CSMA/CD rendszereknél (a miérteket lásd lejjebb) | nagy forgalomnál sok ütközés keletkezik, ami még több adást és így egyre nagyobb forgalmat generál | WLAN |
osztott vezérlés | token ring | nagyfokú vezérelhetőség, minden állomás kap lehetőséget az adásra egy adott időn belül és prioritást is lehet rendelni az egyes állományokhoz | költséges és bonyolult a vezérjel feldolgozása és felügyelete | IBM Token Ring |
osztott vezérlés | token bus | a token ringnél is egyszerűbb vezérlés | bonyolult az új állomások beillesztése a rendszerbe | Profibus |
központosított vezérlés | polling | - rugalmas vezérlést tesz lehetővé, prioritás rendelhető a mellékekhez, azok egyszerű felépítésűek, olcsók - a lekérdezés ciklikus, fix időkkel | - a főállomás bonyolult, hibája esetén a lekérdezés nem működik - viszonylag kicsi átvitt adatmennyiség | AS-i |
központosított vezérlés | circuit switching | rugalmas vezérlést tesz lehetővé, prioritás rendelhető a mellékekhez, azok egyszerű felépítésűek, olcsók | - a főállomás bonyolult, hibája esetén a lekérdezés nem működik - a központ csak véges számú kapcsolatot tud kezelni | |
központosított vezérlés | TDMA | egy időegység alatt mindenki kap lehetőséget az adásra, és itt is alkalmazhatók prioritások | - ha kevés állomás ad, kihasználatlan időrések keletkeznek, - a főállomás kiesése felborítja a szinkronizációt |
p2p
full duplex
Ezt a kategóriát csak a teljesség kedvéért soroltam ide, a közeghozzáférések közé, hiszen a full duplex megvalósítás pont arról szól, hogy a két résztvevő (p2p) mindegyikének saját csatornája van, így nem kell a közeghozzáférésért versengeniük. Előnye, hogy nincsenek ütközések, így a forgalmazás zavartalan rajta, hátránya, hogy kb. kéteszer annyi vezetéket igényel, mint a félduplex kommunikáció.
CDMA
en: Code Division Multiple Access,
hu: kódosztásos többszörös hozzáférés
A kódosztásos többszörös hozzáférés (angolul Code Division Multiple Access, röviden CDMA) a multiplexálás egy formája (és nem egy modulációs séma) és a többszörös hozzáférés egy lehetséges megvalósítása, amely nem osztja a csatornát idő alapján, mint a TDMA, vagy frekvencia alapján, mint a FDMA, hanem az adatokhoz csatornánként speciális kódokat rendel, és kihasználja a konstruktív interferencia tulajdonságot a multiplexáláshoz. CDMA használatos még a digitális cellás telefon rendszerekben, mint többszörös csatorna hozzáférési rendszer, amelynek az úttörője a Qualcomm volt, és az eljárás W-CDMA néven ismert.
A CDMA speciális formája a a frekvenciaugrásos kódosztásos többszörös hozzáférés, az FH-CDMA (frequency-hopping code division multiple access). Ezt alkalmazza például az FHSS (Frequency-hopping spread spectrum). A Bluetooth az FHSS egy speciális frekvenciaugrásos változatát, az adaptív ugrást, az AFH-t (adaptive frequency hopping spread spectrum) alkalmazza.
CSMA/CD
en: Carrier Sense Multiple Access with Collosion Detection,
hu: ütközést jelző vivőérzékeléses többszörös hozzáférés
Hosszú ideje használják, jellemzően busz és fa topológiákhoz, az Ethernet és az IEEE 802-es szabvány egyik hozzáférési módja. Ha egy állomás adni akar, „belehallgat”' az átviteli közegbe és meghatározza, hogy van-e állomás, ami éppen ad (vivőérzékelés).
Ha a közeg „csendes” akkor elkezdi az adást. Ez az üzenet minden állomáshoz eljut. A vételi állomás az üzenetben levő címből megállapítja, hogy neki szól-e az üzenet. Ha igen, átveszi az üzenetet.
Ha két állomás egyszerre ad, akkor ütközés keletkezik és az adat elveszik. Ezt valamennyi állomás figyeli és érzékeli.
Az ütköző állomások leállítják az átvitelüket és várni kezdenek. A várakozási idő azonban nem egyforma, hanem véletlenszerű. A beállított várakozási idő elteltével (most már vélhetőleg nem egyszerre) újrakezdik az eljárást.
A várakozási algoritmus olyan, hogy gyenge forgalom esetén a várakozás, zsúfolt forgalom esetén pedig az egymás utáni ütközések száma legyen minimális.
Alkalmazási példák
CSMA/CA
en: Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance,
hu: ütközést elkerülő vivőérzékeléses többszörös hozzáférés
Jellemzően a WLAN hálózatoknál előforduló közeghozzáférési eljárás, ugyanis ezeknél az alábbi okok miatt nem célszerű az Etherneten elterjedt csma/cd eljárást alkalmazni:
Collision Detection eljárás megvalósítása Full Duplex rádiós képességeket igényelnek, ami jelentősen növelné az árakat ütközés érzékelése nehézkes, mert a saját jel elnyomja az esetleg távoli másik terminál kis teljesítményű jelét vezeték nélküli környezetben nem tételezhetjük fel, hogy minden állomás hallja a többit (ami a Collision Detection alapja), így a tény, hogy egy állomás szabadnak érzékelte a közeget, nem jelenti azt, hogy az a vevőnél csakugyan szabad is.
A csma/ca menete:
- Az adni kívánó állomás érzékeli a közeget. Ha foglalt, akkor elhalasztja az adását.
- Ha szabad egy előre definiált ideig (Distributed Inter Frame Space, DIFS), akkor adhat.
- A vevő állomás ellenőrzi a vett csomag CRC-jét és nyugtát küld SIFS (Short Interframe Space) idő után (acknowledgment packet, ACK, MAC nyugta).
- A nyugta vétele jelzi az adónak, hogy nem történt ütközés. Ha az adó nem kapott nyugtát újra küldi a csomagot amíg nyugtát nem kap vagy el nem dobja adott számú próbálkozás után.
A SIFS azért kisebb, mint a DIFS, hogy a harmadik állomás ne kezdhessen el adni a nyugta elküldése előtt. (Az egynél több célcímű csomagokra, pl. multicast, nincs nyugta).
Alkalmazási példák
WLAN, ZigBee
CSMA/CR
en: Carrier Sense Multiple Access/Collision Resolution
A CAN-buszhoz kifejlesztett eljárás, ahol az un. arbitrációs eljárás dönti el két, egyszerre és egyidejűleg induló telegramm esetén, hogy melyik élvez elsőséget. A busz sajátosságaiból adódóan az adást több állomás egyidejűleg is elkezdheti, de az arbitráció lefutása után csak egy forgalmazhat.
Alkalmazási példák
token ring
hu: vezérjelgyűrű
Gyűrű topológiánál (pl. IBM Token Ring hálózat) alkalmazott eljárás. Lényege a vezérjel-továbbítás: egy jel (token) a gyűrű mentén állomásról állomásra vándorol. Ha a vezérjel szabad, akkor az aktuális állomás (akinél a jel van) adhat. Elküldi az üzenetet, foglaltra állítja a jelet és hozzá illeszti az üzenetet. Ez halad tovább, minden állomás veszi, lemásolja és beállít egy jelzőbitet, hogy sikeres volt-e a vétel. Ha az üzenet visszaér eredeti helyére, a küldő állomás törli az üzenetet és szabadra állítva a jelet továbbküldi. Lehet alkalmazni felügyelő funkciókkal ellátott gépet, amelyik figyeli, jó volt-e az adás, szabadra állítja a jelet, stb.
token bus
hu: vezérjel busz
A token jellemzően egy speciális távirat, melyet az azonos szinten kommunikáló master-ek küldözgetnek egymásnak, jól definiált metódus szerint. Ezt a metódust jellemzően az OSI adatkapcsolati rétege írja le, a Profibus esetén például az FDL. A token felett rendelkező master kommunikálhat a többi, az adott hálózaton tartózkodó master-rel. Ilyenkor ez a master az „aktiv (active)”, míg a többiek a „készenléti (stand-by)” módba kerülnek.
Alkalmazási példák
polling
hu: lekérdezés
Ebben a közeghozzáférési eljárásban a master egymás után üzenetet küld a slave-eknek, ebből megtudja, van-e azoknak „mondanivalójuk”. Ha egy slave nem akar forgalmazni, negatív értelmű üzenetet küld vissza. Ha viszont akar, elküldi üzenetét, és azt a master továbbítja a címzettnek vagy feldolgozza. Jellemzően egy telegram kis mennyiségű adatot továbbít, ezért a nagyobb adatokért (pl. analóg értékekért) a kommunikációnak többet kell fordulnia, így ezek a nagyobb méretű adatok viszonylag lassan frissülnek, és a polling-ot is jelentősen lassíthatják.
Alkalmazási példák
circuit switching
hu: vonalkapcsolás
Csillag topológiánál illetve automatikus hívású alközpontokban (Private Branch Exchange - PBX) a telekommunikációs iparban használják. Mielőtt egy állomás adni akar, kéri a központot, létesítsen kapcsolatot közte és a célállomás között. A központ dönt arról, hogy ez lehetséges-e vagy sem. Pozitív válasz esetén létrejön a fizikai kapcsolat, a két állomás adhat-vehet. Ha végeztek, bomlik a kapcsolat. A központ támogathatja több állomáspár összekapcsolódását is. Digitális vezérlésnél megoldható nagyszámú kapcsolat osztott hozzáférése az átviteli berendezésekhez (a hozzáférést az átviteli vezérlésnél sokkal nagyobb sebességgel kapcsolgatják az eszközök között, így minden vonal számára állandónak látszik a kapcsolat).
TDMA
en: Time-Division Multiple Access, hu: időosztásos többszörös hozzáférés
Busz topológiánál használt közeghozzáférési eljárás. Minden állomás előre meghatározott időszelettel rendelkezik, és ebben az időrésben adhat. A folyamat időzítést kíván, ezt a szinkronizálást egy főállomás végzi. Új állomás esetén az időintervallumot újra fel kell osztani / újra kell definiálni.
OFDM
en: Orthogonal Frequency Division Multiplexing, hu: Ortogonális frekvenciaosztásos multiplexelés
Az OFDM egy frekvenciaosztásos multiplexelés (FDM; Frequency Division Multiplexing) mechanizmus, mely úgy működik, hogy egyetlen szélessávú jelet több keskeny sávú alvivő hordozóra oszt fel, oly módon, hogy az összes egymásra merőleges alvivők egyenletes távolságra helyezkedjenek el. Más szavakkal, az OFDM egy nagysebességű jelet számos lassú jellé oszt fel, hogy a vevő végén ezek stabilabbak legyenek, és így az alcsatornák továbbítják az adatokat. A alvivők információit ezután összegyűjtik a vevőn, és újraegyesítik azokat, hogy egy nagysebességű jelsorrá áljanak ismét össze. Az alvivők egymással kölcsönösen ortogonálisak, azaz az egyes alvivők középfrekvenciáján a többi alvivő nulla értéket vesz fel.
OFDMA
en: Orthogonal Frequency Division Multiple Access, hu: Ortogonális frekvenciaosztású többszörös hozzáférés
Az OFDMA egy többfelhasználós OFDM technológia, ahol a felhasználók TDMA és FDMA alapon is kioszthatók, ahol egyetlen felhasználónak nem feltétlenül kell az összes alhordozót elfoglalnia egy adott időben. Más szavakkal, az alvivők egy részét egy adott felhasználóhoz rendelik. Ez lehetővé teszi több felhasználó felé az egyidejű, de alacsony adatátviteli sebességű jeltovábbítást. Az OFDMA több felhasználó kis adatsebességű hozzáférése számára spektrálisan hatékonyabb és keskenysávú zavarokra ellenállóbb, mint az időben statikus, azaz egy felhasználó számára mindig ugyanannyi alvivőt kiosztó OFDM digitális modulációs eljárás. Az OFDMA-t alkalmazza például a Mobile WiMAX és az LTE is.
A fizikai átviteli közeg jellemzői
Ezekkel a jellemzőkkel a fizikai átviteli közeg eszközeit szokás illetni, ezeket a vezeték típusok / csatlakozók fejezetben lelheti fel.
adatátviteli sebesség
Az adatátviteli sebesség a hálózatok egyik legfontosabb paramétere, melynek meghatározása csak elsőre tűnhet egyszerű dolognak. A sebesség nagyban függ
- az alkalmazott protokolltól, annak beállításaitól (hibaellenőrzés, stop-bitek száma, stb.),
- a szegmensben található állomások számától, a szegmens hosszától és adatterhelésétől,
- a vezeték minőségétől
- a környezeti (pl. indukciós) terheléstől.
A sebesség meghatározására is több metódus létezik, melyek jellemzően azért átfedik egymást, de átszámolásuk már korántsem olyan egyszerű. A leggyakoribb meghatározás az adatráta (bit/s, Kbit/s, Mbit/s, ..).
adatráta / sávszélesség
Az adatráta a voltaképpen átvitt adatmennyiség jellemzője szemben a sávszálességgel, ami a potenciálisan átvihető adatmennyiséget -például a csatornakapacitást - jellemzi.
Mindkét mérés az egy másodperc alatt átvitt adatmennyiséget határozza meg. Leggyakrabban a bit / s mérés kerül megadásra, ritkábban a Byte / s. A Byte / s és a bit / s között a váltószám nem feltétlenül 8, mert ehhez hozzáadódnak adott esetben a kommunikációs jellemzőkből következő startbitek, stopbitek és paritásbitek, stb..
A kommunikációban leegyszerűsítve a 1 kbit / s = 1000 bit / s és nem 1024 bit / s. A mértékegységek megnevezésekor általában a bit-et kisbetűkkel „bit”-nek kiírva, a byte-ot nagy „B” betűvel szokás jelölni. Egy jellemző meghatározás így:
RS-232 xxx készülék sávszélessége: 230.4 kbit/s - 23.0 kB/s, jellemző adatrátája: 9.6 kbit/s - 960 B/s.
A készülékeknél a sávszélesség csak nagyon ritkán kerül(het) megjelölésre, hiszen a sávszélességet az alkalmazott hálózat határozza meg, az ebből felhasználásra kerülő adatrátát pedig a készülék.
Bonyolítja a helyzetet, hogy az adatterhelést nem lehet kiszámolni az adatráták összességéből, mert a pillanatnyi terhelést leginkább az alkalmazott protokoll határozza meg. Tapasztalatom szerint adatterhelést csak méréssel lehet meghatározni.
baudráta
en: baudrate
Az adatrátával szemben a baudráta a jelarány mértékét határozza meg, azaz, egy másodperc alatt hány baud-ot, azaz modulált jelet továbbít a vezeték. A ráta névadója Émile Baud, a Baud-kód kidolgozója. A baud ráta fontos tulajdonsága, hogy 1 baud hány bitből áll össze.
Amennyiben 1 baud 1 bit, akkor a baudráta és az adatráta megegyezik (1 baud = 1 bit/s). Modemek esetén az un. kvadratúra amplitúdómodulációnak köszönhetőn egy baud információ 4 bit adatból áll össze, így (1 baud = 4 bit/s).
adatátvitel iránya
szimplex
en: simplex
A simlex a legritkábban alkalmazott kommunikációs forma. Ebben az esetben a kommunikáció csak egy irányban zajlik.
félduplex
en: half-duplex
A half-duplex kommunikáció esetén a kommunikáló partnerek közül egyidejűleg csak az egyik adatokat küld, a másik fél pedig fogadja azokat. A csatorna kétirányú forgalmazásra alkalmas, és az adatküldés jogát a partnerek cserélgetik. Ennek az adatátviteli módnak egy alkalmazott változata a broadcast, ahol jellemzően a token-nel rendelkező állomásnak van adási joga.
A half-duplex egyik alkalmazási példája walkie-talkie, ahol egyidejűleg csak az egyik készülék adhat.
Half-duplex kommunikációs protokollok esetén blokkolni kell az egyszerre forgalmazást, ennek eszköze a token, amit például a Profibus esetén az FDL Hozzáférés vezérlés kezel.
Gyakorlati példák: RS-485 half-duplex
duplex
en: duplex, full-duplex
Full duplex adatátvitel esetén mindkét partner egyszerre forgalmazhat. Hátránya, hogy általában kétszer annyi vezeték kell hozzá, mint a half-duplex-hez. (jellemzően 4 vezeték + GRND).
Gyakorlati példák: RS-485 full-duplex, RS-422 full-duplex
Adatvesztés, adatvédelmi módszerek
Az adatátvitel esetén az átvitelt külső zavaró hatások is érhetik, így az átvitt adatokat ellenőrzőkóddal kell ellátni, és ezt az átvitel befejeztével ellenőrizni is kell. Ennek az ellenőrzőkódnak a képzésére több eljárás is létezik.
BER
en: bit error rate
hu: bithiba-ráta
A hibaráta a teljes átvitt adatmennyiségben előforduló hibás bitek arányát jelzi. Például, ha az átvitt 10 bitből 2 nem stimmel, akkor annak a kommunikációs rendszernek a hibarátája 20%. A hibaelőfordulás valószínűsége nagy mennyiségű adat esetén megbecsülhető, ezt bit hiba valószínűségnek (bit error probability) nevezik.
BERT
en: bit error rate test
hu: bithiba-ráta teszt
A bithiba-ráta felméréséhez kommunikációs berendezések esetén speciális tesztrendszereket alkalmaznak. Egy BERT jellemzően egy tesztminta generátort és egy vevőt tartalmaz, illetve egy kiértékelő-egységet, ami összehasonlítja és kiértékeli az eredményeket. Jellemző, hogy a hibaarányt egymillió bit (1e6) átvitele után állapítják meg.
VRC
hu: keresztparitás ellenőrzés
en: Vertical Redundancy Check
de: Vertikale Redundanzprüfung, Querparitätsprüfung
Az átvitelre kerülő adatsorban, ha az „1”-es értékek száma páros, akkor a paritásbit „0”, ha ezeknek száma páratlan, akkor a paritásbit „1” lesz.
Például:
11011101 | 0 ("1"-es adatbitek száma: 6, azaz a paritásbit: 0) 10111001 | 1 ("1"-es adatbitek száma: 5, azaz a paritásbit: 1) 00110011 | 0 ("1"-es adatbitek száma: 4, azaz a paritásbit: 0)
LRC
hu: hosszparitásos ellenőrzés
en: Longitudinal Redundancy Check
de: Längsparitätsprüfung
A hosszparitás ellenőrzése hasonló elven működik, mint a keresztparitás, de itt több adatsor azonos bitpozícióra eső elemeit kell összegezni hasonló módon:
Az átvitelre kerülő adatpozíciókban, ha az „1”-es értékek száma páros, akkor a paritásbit „0”, ha ezeknek száma páratlan, akkor a paritásbit „1” lesz.
11011001 10111001 00110011 -------- 01010011 → paritásadatsor -------- 22242024 → összegzés (csak páros értékeket adhat)
VRC/LRC
hu: kombinált paritásos ellenőrzés
Az adatsoron először a keresztparitásokat kell kiszámolni adatblokkonként, majd a teljes adatsorra képezni kell a hosszparitást is.
Az átvitelre kerülő adatpozíciókban, ha az „1”-es értékek száma páros, akkor a paritásbit „0”, ha ezeknek száma páratlan, akkor a paritásbit „1” lesz.
11011001 | 1 → keresztparitás 10111001 | 1 → keresztparitás 00110011 | 0 → keresztparitás -------- 01010011 | 0 → VRC/LRC paritásadatsor -------- 22242024 | 2 → összegzés (csak páros értékeket adhat)
CRC
hu: ciklikus redundancia ellenőrzés
en: cyclic redundancy check
de: Zyklische Redundanzprüfung
A CRC az adatsor minden elemére polinomképzéssel egy összeget hoz létre. Ezt az összeget részben, vagy egészben az adatsorhoz csatolja a küldő egység, a fogadó pedig először szeparálja ezt az ellenőrzőkódot az adatsortól, majd ismét elvégzi az ellenőrzést.
A „klasszikus” CRC generálására egy példaprogram:
unsigned internal CRC = CRC_PRESET; for (i = 0; i < cnt; i++) { crc ^= DATA[i]; for (j = 0; j < 8; j++) { if (crc & 0x0001) crc = (crc >> 1) ^ CRC_POLYNOM; else crc = (crc >> 1); } }
Amennyiben a két CRC egyezik, feltételezhető, hogy az adatsor sérülés nélkül érkezett meg a vevőhöz. A CRC képzésnek nagyon sok metódusa létezik, ezeknek a képzésére nem térek ki, egyszerűen csak felsorolom itt őket, az alkalmazási területeikkel együtt.
CRC típusok
Name | Uses | |
---|---|---|
CRC-1 | hardveres „klasszikus” CRC; paritás bit]] | |
CRC-3-GSM | GSM / mobil hálózatok | |
CRC-4-ITU | G.704 | |
CRC-5-EPC | 2. genfi RFID | |
CRC-5-ITU | G.704 | |
CRC-5-USB | USB token csomagok | |
CRC-6-CDMA2000-A | mobil hálózatok | |
CRC-6-CDMA2000-B | mobil hálózatok | |
CRC-6-DARC | rádió adatcsatorna | |
CRC-6 GSM | GSM / mobil hálózatok | |
CRC-6-ITU | G.704 | |
CRC-7 | távközlési rendszerek, G.707, G.832, MMC, SD | |
CRC-7-MVB | MVB Vonatkommunikációs hálózat , IEC 60870-5 [21] | |
CRC-8 | DVB-S2 | |
CRC-8-AUTOSAR | autóipari integráció, OpenSafety | |
CRC-8-Bluetooth | Bluetooth vezeték nélküli kapcsolat | |
CRC-8-CCITT | I.432.1; ATM HEC, ISDN HEC | |
CRC-8-Dallas/Maxim | 1-Wire | |
CRC-8-DARC | rádió adatcsatorna | |
CRC-8-GSM-B | GSM / mobil hálózatok | |
CRC-8-SAE J1850 | AES3 | |
CRC-8-WCDMA | mobil hálózatok | |
CRC-10 | ATM; I.610 | |
CRC-10-CDMA2000 | mobil hálózatok | |
CRC-10- GSM | GSM / mobil hálózatok | |
CRC-11 | FlexRay | |
CRC-12 | távközlési rendszerek | |
CRC-12-CDMA2000 | mobil hálózatok | |
CRC-12-GSM | GSM / mobil hálózatok | |
CRC-13-BBC | Időjel, rádiós távkapcsoló | |
CRC-14-DARC | Adatrádió csatorna | |
CRC-14-GSM | GSM / mobil hálózatok | |
CRC-15-CAN | CAN | |
CRC-15- MPT1327 | ||
CRC-16-Chakravarty | ||
CRC-16-ARINC | ARINC-424, ARINC-429 | |
CRC-16-CCITT | X.25, V.41, HDLC FCS, XMODEM, Bluetooth, PACTOR, SD, DigRF, CRC-CCITT | |
CRC-16-CDMA2000 | mobil hálózatok | |
CRC-16-DECT | vezeték nélküli telefonok | |
CRC-16-T10 - DIF | SCSI DIF | |
CRC-16-DNP | DNP, IEC 870, M-busz | |
CRC-16-IBM | Bisync, Modbus, USB, ANSI X3.28, SIA DC-07, CRC-16, CRC-16-ANSI | |
CRC-16-OpenSafety-A | OpenSafety | |
CRC-16-OpenSafety-B | OpenSafety | |
CRC-16-Profibus | Profibus | |
CRC-17-CAN | CAN | |
CRC-21-CAN | CAN | |
CRC-24 | FlexRay | |
CRC-24-Radix-64 | OpenPGP, RTCM104v3 | |
CRC-30 | CDMA | |
CRC-32 | HDLC, ANSI X3.66 (ADCCP), ITU-T V.42, ISO/IEC/IEEE 8802-3 (ethernet), Serial ATA, MPEG-2, PKZIP, Gzip, Bzip2, POSIX cksum, PNG | |
CRC-32C (Castagnoli) | iSCSI, SCTP, G.hn payload, SSE4.2, Btrfs, ext4, Ceph | |
CRC-32K (Koopman {1,3,28}) | ||
CRC-32K 2 (Koopman {1,1,30}) | ||
CRC-32Q | AIXM | |
CRC-40-GSM | GSM vezérlőcsatorna | |
CRC-64-ECMA | ECMA-182, XZ Utils | |
CRC-64-ISO | HDLC, Swiss-Prot/TrEMBL |
Gray-kód
A Gray-kód, másnéven RBC (reflected binary code; tükrözött bineáris kód) vagy RB (reflected binary) olyan kódsor, melyben az egymást követő kódok mindig egy Hamming távolságúak, azaz, az egymással szomszédos kódokban mindig csak egy értékváltozás lehetséges. Az eredeti Gray kódot Frank Gray a Bell Labs-nál még az elektromechanikus kapcsolók „összezárása” ellen fejlesztette ki 1947-ben. A gyakorlatban a Gray-kódot pozíció-jeladók tárcsáján, vagy digitális kommunikációs modulációknál (például: QPSK) szokás használni.
A legegyszerűbb Gray-kód a kétbites kódsor, azaz a 01, 11, 10, 00 például a QPSK moduláció fázisszögeinél került alkalmazásra:
A Gray-kód szintjeit mindig az előző szint jeleinek a duplázásával a legegyszerűbb képezni:
Nyilván az alapszabály, azaz a Hamming távolság többféle megoldásra is lehetőséget nyújt, a lenti képen például a különböző négybites Gray-kód variánsok láthatók:
A szenzortechnikában a Gray-kódot pozíció-jeladóknál, például jeladó tárcsáknál szokás alkalmazni, így egyrészt mindig megállapítható az elfordulás mértéke (a lenti ábrán 45°-os pontossággal), másrészt a mechanikus sérülések is kiszűrhetők, ha a két lépés közötti Hamming távolság nem teljesül:
Szinkronizálás
szinkron / aszinkron átvitel
en: syncron / asyncron data flow
Az adatátvitel megkezdése előtt a küldő és fogadó állomáson biztosítani kell, hogy az egy adott tempóban elküldött információhalmazt a másik fél azonos módon tudja olvasni. Ehhez az állomásokat össze kell szinkronizálni, és ennek jellemzően két metódusa létezik.
Szinkron átvitel / kommunikáció
de: synchrone Übertragung / Kommunikation,
en: synchronous communication
Ilyenkor az állomások vagy
- külső jellel szinkonizálnak : ebben az esetben jellemzően egy független vonalon mindkét állomás azonos frekvenciát kap
- a fogadó állomás szinkonizál : az adatfolyamban található szinktonjelek alapján
Asszinkron átvitel / kommunikáció
de: asynchrone Übertragung / Kommunikation,
en: asynchronous communication
Az aszikron kommunikáció főként karakter-szervezésű adatok átviteli módja. Általában csak a rövid - táviratjellegű - adatátvitel eszköze.
Mindkét félnek saját frekvencia-generátora van, és a fogadó állomás minden adatátvitel alkalmával szinkronizálja magát a küldő állomás által diktált tempóra a start / stop bitek segítségével. Az adatátvitel jellemzően karakteres formában történik. Az asszinkron adatátvitel egyik fontos eszköze az UART.
UART
en: Universal asynchronous receiver transmitter,
hu: univerzális aszinkron adóvevő
Az UART egy olyan hardver, amely fordítást végez a soros és párhuzamos interfészek között. Soros átvitelnél az UART a bájtokat aszinkron start-stop bitfolyammá alakít át, amiket elektromos impulzusokkal továbbít. Az UART-ot gyakran használják együtt az RS-232-vel és más kommunikációs szabványokkal. Leggyakrabban integrált áramkörökben találkozhatunk vele, ahol szükséges a számítógéppel vagy más, soros porttal rendelkező eszközzel való kommunikálás. A mai mikrokontrollerekbe áltlában be van építve. Dual UART (DUART) esetén egy chipbe két UART is található. Sok modern UART már szinkron módon is képes kommunikálni, ezeket USART-nak nevezzük.
Adatátvitel során a biteket valamilyen közegen kell eljuttatni az úticélhoz. A távolsággal növekszik a vonal kiépítésének költsége, ezért az adatot a lehető legkevesebb csatornán (pl. vezetéken) kell átvinni. Soros kommunikáció során a bájtokat nem párhuzamosan, bitenkénti egy vezetékkel viszik át, hanem a biteket időben egymás után továbbítják egy csatornán. A párhuzamos adatfolyamot az UART alakítja soros adatfolyammá és vissza. Minden UART-ban található egy léptetőregiszter, ami a soros-párhuzamos átalakítás alapvető eszköze.
izoszinkron kommunikáció
en: isochronous communication
Az izoszinkon kommunikáció az adatok (ciklus)idő szenzitív átvitelét jelenti, és leginkább a hang- és képátvitelnél alkalmazzák. Ennek a teljesítéséhez a hálózati átvitelt úgy kell tervezni és méretezni, hogy ez az adatmennyiség pontos időzítéssel, ciklikusan és akadálymentesen át tudjon menni. Erre az adatátvitelre példa a TV és video-jelek átvitele, melyek valamely ütemezéshez vannak kötve, például a 30 frame per second. Ez az átvitel nem lehet 29 vagy 31 fps, mert a megjelenítéshez 30 fps szükséges.
Az izoszinkron kommunikációra egy példa a Profinet IO IRT.
kódolási eljárások
en: encoding processes
Kódolási eljárások összevetése
megnevezés | jelforma (példa a „forrás” sor alapján) | alkalmazási példa |
---|---|---|
órajel | ![]() | |
forrás | ![]() | |
NRZ - unipolar | ![]() | |
NRZ - bipolar | ![]() | RS-232, CAN |
AMI (NRZ) | ![]() | |
NRZI mode 1 | ![]() | |
NRZI mode 0 | ![]() | 100BASE-FX |
forrás | ![]() | |
RZ - unipolar | ![]() | |
RZ - bipolar | ![]() | ARINC-429 |
forrás | ![]() | |
Manchester | ![]() | 10BASE-2 , 10BASE-5 , 10BASE-T, MVB |
Manchester II | ![]() | Ethernet |
Manchester II - APM | ![]() | AS-i |
forrás | ![]() | |
MLT-3 | ![]() | 100BASE-TX |
CMI | ![]() |
4B5B
Ez egy kvázi tömörítési eljárás, mely átvitel-kódolás esetén más, kódolási eljárásokat vesz igénybe. Üvegszálas 4B5B esetén jellemzően az NRZI kerül bevetésre, míg FDDI és 100BASE-TX (rézvezetékes változat) esetén az MLT-3-at alkalmazzák.
Az 5 órajelből álló csoportokban kétféle szimbólum használható, így összesen 32 kombinációhoz jutunk. Ezek közül 16-ot használnak a 0000, 0001, 0010, …, 1111 négyes csoportok átvitelére. A fennmaradó 16 kombináció közül néhány vezérlési funkciót lát el, például a kerethatár kijelölését. A felhasznált kombinációk kiválasztásánál elsődleges szempont volt, hogy a szinkronizáláshoz sok jelátmenet legyen bennük.
AMI
en: Alternate Mark Inversion
AMI esetén viszonylag egyszerű a szabály:
- 0 esetén : 0
- 1 esetén egyszer 1, másszor -1 a kimenő jel.
Az AMI-t jellemzően NRZ alapon szokták alkalmazni.
Lásd az AMI (NRZ)-t az összehasonlító táblázatban.
APM
en: Alternierende Puls Modulation
Ez simán csak egy jelátviteli eljárás, és nem kódolási, de érintőlegesen (és leginkább) ebbe a fejezetbe tartozik. Gyakorlatilag azt jelenti, hogy két, egymást követő impulzust eltérő polaritással kell kiadni, hasonlóan, mint az AMI esetén. Olyan buszok (pl. AS-i) alkalmazzák, melyek a jelvezetéken (is) végeznek tápellátást. Jellemzően Manchester vagy Manchester-II kódolással szokták kiegészíteni, hogy tényleg rendesen „pulzáljon”.
CMI
en: Coded Mark Inversion
Nulla érték esetén a kódolás [01]-et ad eredményül, 1-es érték esetén pedig egyszerűen csak értékváltást hajt végre, mint az a összehasonlító táblázatban látható.
Manchester
en: Manchester-code, de:Manchester-Kodierung
Ez egy speciális adatátviteli technika, ami magasabb átviteli biztonságot nyújt az átviteli sebesség kárára. A kódolás lényege, hogy minden bitet állapotváltással jelöl, így a 0-ból 01, az 1-ből 10 lesz.
Így ebből a byte-ból:
0.0.0.1.0.1.1.0
ez lesz (2 byte):
01.01.01.10.01.10.10.01
A hibákat ezzel a kódolással egyszerű szűrni, mert az a blokk, amiben két azonos jel követi egymást, hibás. Ezt a kódolástechnikát szokás PE (Phase Encode) rövidítéssel is jelölni.
Lásd az összehasonlító táblázatban.
Alkalmazási példák
Mancester 2
en: Manchester II code, de:Differenzial Manchester-Kodierung
Néha Manchester-II néven hivatkoznak rá.
Ez a kódolási eljárás gyakorlatilag technikailag megegyezik a Manchester-rel, tehát ez is pont feleannyi jelet visz át, mint például az NRZI, mert minden bitet megkettőz.
Eltérés, hogy csak „1” érték esetén váltja a triggerelés irányát, „0” esetén helyben hagyja azt.
A lenti táblázatban összevetést készítettem a Manchester-re, és a differenciál Mancester-re:
A Differenciál-Manchesternél ()-lel jelöltem a váltásokat, amik ugye 1-es érték esetén következnek be.
Sok esetben - áramátviteles buszok esetén - kombinálják a Manchester II-t az APM-mel, például az AS-i esetében.
Lásd az összehasonlító táblázatban.
Alkalmazási példák
MLT-3
A kódolási szabály:
A kódoló egy négy állapotú ciklikus működésű automata. Az automata állapotaihoz rendre a vonali jel következő értékeit rendeljük: -1,0,1,0. Az automata 1-es továbbításakor a következő állapotba lép, 0 továbbításakor állapota nem változik.
A kódolás sávszűkítő, az „alapfrekvencia” a bitidő negyede lesz.
Lásd az összehasonlító táblázatban.
Alkalmazási példák
NRZ
hu: nullára komplementáló kódolás
en: No Return to Zero
Az NRZ a legegyszerűbb, minden „trükk” nélküli kódolási eljárás. „1” érték esetén 1, „0” érték esetén 0 kerül a kimenetére. Két változata van:
- unipolar NRZ: két jelszint lehetséges, így „0” értéknek a 0, „1' értéknek az 1 felel meg.
- bipolar NRZ: három jelszint van (+,0,-), így a „0”-nak a ”-„, az egynek pedig a ”+„ felel meg.
Lásd az összehasonlító táblázatban.
Alkalmazási példák
bipolar NRZ: RS-232
NRZI
hu: nullára komplementáló differenciális kódolás
en: Non Return to Zero Invert
de: NRZI-Kodierung
Az NRZI kódolás szerint csak az egyik érték változása esetén történik váltás a kimeneten. Az eljárásnak két változata van, a mode 1 és a mode 0.
- mode 1 esetén „1” érték esetén a kimenő jel polaritást vált, míg „0” esetén nem történik értékváltás.
- mode 0 esetén értelemszerűen ez fordítva történik, így „0” érték esetén polaritásváltás, „1” esetén változatlanul hagyás.
A kódolásban ()-lel jelöltem a váltásokat.
Lásd még az összehasonlító táblázatban.
Alkalmazási példák
USB
PE
en: phase encode
lásd: Manchester kódolás
RZ
hu: vissza a nullára, en: Return to Zero
Mint ahogy azt a neve is mutatja, a kódolás szerint minden átvitt jel után a jelszint visszatér a nullára. Maga a kódolás egyszerű, „1” érték esetén 1, „0” érték esetén 0 kerül a kimenetére. A kódolásnak két változata van:
- unipolar: a jelszint 1 és 0 lehet, így a „0” érték esetén a jelszint statív 0, míg „1” esetén 1 órajel hosszan 1, majd egy órajel hosszan visszatér 0-ra.
- bipolar: a jelszint +, 0, - lehet, így „1” érték esetén +0, „0” esetén -0 lesz a kódforma, két órajel hosszan.
Az RZ-vel - mivel bitenként van impulzusváltás - a Start és Stop bites szinkronizáció elhagyható, mert a szinkronizálás bitenként megvalósítható.
Lásd az összehasonlító táblázatban.
Alkalmazási példák
forgalmazási fajták
de: Verkehrslenkung, en: routing
Például half-duplex adatátvitel esetén a token felett rendelkező állomás joga a forgalmazás. Ehhez a lent felsorolt forgalmazási fajtákat veheti igénybe. Jellemzően a forgalmazás módját és annak mikéntjét az adatkapcsolati réteg határozza meg.
További forgalmazási fajták
p2p | Közvetlen kapcsolat két állomás között. A kapcsolat lehet full-duplex, ilyenkor nincs közeghozzáférési eljárás, hiszen a két állomás mindegyikének saját csatorna áll a rendelkezésére. A p2p egyik legjellemzőbb kommunikációs formája az RS-232. Összetettebb esetben a hálózat kiterjedtebb, de két állomás - az adott idő-intervallumban - csak egymás között forgalmaz (pl.polling közeg-hozzáférés esetén). Half-duplex esetén jellemzően a CSMA/CD eljárást használják a felek a közeghozzáféréshez. | ![]() |
multipoint | Multipoint az a hálózat (pl. RS-485), ahol a résztvevő egységek száma rögzített, de az azok által betöltött (master-slave) funkcionlitás nem. A résztvevő egységek egymással kommnikálhatnak. | ![]() |
telegrammok jellemző elemei
Protokollok fajtái
Datagram-orientált kommunikációs protokoll
Olyan kommunikációs protokoll, amely nem fedi el teljesen a hálózat sajátosságait. Így az esetlegesen hibásan megérkező csomagokat a cél-alkalmazásnak kell felismernie, illetve neki kell lekezelnie pl. azt a helyzetet is, ha egy csomag kétszer érkezik meg, vagy éppenséggel elveszik a hálózatban, illetve, ha az egymás után küldött csomagok sorrendje megváltozik.
Fizikai rétegek ismertetése
megnevezés | Jellemző topológia | Állomások száma | Átviteli közeg | Maximális átviteli távolság | Maximális átviteli sebesség |
---|---|---|---|---|---|
RS-232 | ![]() | 1 meghajtó 1 vevő | nem specifikus | 15 m | 115.200 baud (max. 2 m) |
RS-422 | ![]() | 1 meghajtó 10 vevő | nem specifikus | 1200 m | 115.200 baud (max. 1000 m) |
RS-485 | ![]() | 32 állomás szegmensenként repeaterek nélkül, max. 127 állomás repeaterek-kel | sodrott, árnyékolt kéteres vezeték | 1200 m | 12 Mbit/sec (max. 100 m) |
MBP | ![]() ![]() | 32 állomás szegmensenként**, összesen maximum 126 állomás hálózatonként. | sodrott, árnyékolt kéteres vezeték | 1900 m | 31,25 KBit/s |
Ethernet | 232 (IPv4) 2128 (IPv6) | UTP, FTP | - | - |
megnevezés | Jellemző topológia | Állomások száma | Átviteli közeg | Maximális átviteli távolság | Maximális átviteli sebesség |
---|---|---|---|---|---|
Optikai szál | ![]() | 1 meghajtó 1 vevő | műanyag (POF) | 80 m | protokoll- függő |
PCF / HCS | 800 m | ||||
Multimódusú üvegszál | 10 km | ||||
egymódusú üvegszál | 15 km |
Bővebb információt a fenti buszokról az alábbi linkek alatt találhat:
Buszok / protokollok az oldalon
A lenti táblázatban az OB121-en ismertetésre kerülő buszokról és protokoll-okról találhat egy összefoglaló táblázatot. A megnevezés oszlop bejegyzései linkeket is tartalmaznak a részletes ismertetéshez. A táblázat tartalma - szabadidőm szabványában - időről időre bővül.
Ahol a megnevezés mellett a (röviden) megjegyzés szerepel, azt próbálom jelezni, hogy az adott buszról csak rövid leírás szerepel (lehet, hogy csak egyelőre) a bus collection fejezetben, ami az ilyen rövidebb leírások gyüjtőhelye - ezeknek az összefoglalójában viszonylag gyakran szerepel az „na.” (nincs adat) jelölés.
Ebben a táblázatban csak az oldalon fellelhető buszokat vettem sorra, kicsit lejjebb, a buszok fejezetben egy nagyobb (de közel sem teljes) összefoglalást is talál a buszokról.
meg- nevezés | Közeg- hozzáférés, jelleg | Jellemző felhasználás (szegmens) | Jellege, állomások száma | Jellemző átviteli közeg | Maximális átviteli távolság | Maximális átviteli sebesség |
---|---|---|---|---|---|---|
1-Wire | polling | beágyazott rendszerek, Arduino | - | 5V TTL | na. | 16.3 kbps |
3964R / RK 512 | p2p full duplex,CSMA/CD | kommunikációs szint | p2p full vagy félduplex, 2 | - | na. | 1200 Baud - 115 KBaud |
ABB Procontic T200 | p2p | ABB „Procontic T200” széria és Hitachi „H” széria kommunikáció | p2p, maximum 8 párhuzamos kapcsolat | RS-232 | 15 m | 4800 vagy 19200 baud |
AS511 | p2p | a Simatic S5 sorozat programozói protokollja | p2p | TTY / 20 mA | 1000 m | 9600 baud |
AS-i | polling | terepi busz | monomaster serial busz, 31 slave (v2.0) 63 slave (v2.1-) | AS-i vezeték | 100 m / szegmens, 300 m ( - v2.1) 600 m (v3.0) | 167 kBit / s, netto 53,3 kBit/s (szünetekkel) |
BACnet | RS-232, RS-485: hardvertől függ ethernet: CSMA/CD (félduplex) | épület-automatizálási terepi busz | na. | na. | na. | na. |
BÜEP19 | p2p | Bosch „CL” sorozatú PLC-k kommunikációs protokollja | p2p, maximum 8 állomás | RS-232 | 15 m | 38.4 Kbaud |
CAN-bus | CSMA/CR | járműtechnika | multi-master broadcast serial busz, 30 (high speed) 20 (low speed) | nem specifikus | 40 m / 1 Mbps (high speed) 1 km / 40 kbps (low speed) |
|
Comli 31 | - | maximum 255 állomás | RS-232, RS-485 | - | 115 Kbaud | |
DeviceNet | CSMA/CR | általános célú busz | max. 64 master | CAN | 1000 m | 125 / 250 / 500 kbps |
DF-1 | félduplex, full duplex | Allen Bradley „kommunikációs nyelv” | - | DH, DH+, DH-485, ControlNet | - | - |
DH | token busz | Allen Bradley fizikai réteg | maximum 64 állomás | LAN | 3 km | 57.6 Kbs |
DH+ | token busz | Allen Bradley fizikai réteg | maximum 64, jellemzően 15 állomás | LAN | 3 km | 57.6 Kbs 115.2 Kbs 230.4 Kbs |
DH-485 | token busz | Allen Bradley fizikai réteg | maximum 32 állomás | Modbus | - | - |
Ethernet | CSMA/CD | alap - protokoll | állomások (elvi) maximális száma: IPv4: 232 IPv6: 2128 A hálózat terjedelme gyakorlatilag korlátlan. | Ethernet | vezeték és al-protokollfüggő, lásd itt. | |
FIPIO | - | általános célú busz | max. 127 résztvevő / szegmensenként 32 | RS485 | - | 1 Mbps |
I²C | polling, multimaster | IC szintű kommunikáció, beágyazott rendszerek, Arduino | csomagkapcsolt szerial busz max. 1008 csomópont | I²C | 7,6 m | normál: 100 Kbps FM: 400 Kbps HS: 3,4 Kbps FM+: 1 Mbps UFM: 5 Mbps |
Interbus | - | általános célú busz | max. 512 résztvevő | RS485 | 12,8 km | 500 kbps |
MBP | - | fizikai szint | 1 szegmens maximum 32 állomást tartalmazhat. | RS-485 | 1,9 km | 31.25 kbit/s |
Melsec A | p2p | Mitsubishi PLC / serial | maximum 8 párhuzamos kapcsolat | RS-232, RS-422 | 15 m 1000 m | 115 Kbaud |
Melsec Net / 10 / H | - | Mitsubishi PLC / MES-ERP | max. 255 hálózat max. 64 állomás / hálózat | spec. (koax, optikai) | 30 km / hálózat | 10 Mbs 20 Mbs 25 Mbs |
Melsec Net (II) | - | Mitsubishi PLC / SCADA | - | spec. (koax, optikai) | 10 km | 1.25 Mbs |
Melsec Net / B | - | Mitsubishi PLC / SCADA | - | spec. (2 vezeté- kes) | 1.2 km 0.6 km 0.4 km 0.2 km | 125 Kbs 250 Kbs 500 Kbs 1 Mbs |
Melsec PPN | - | Mitsubishi PLC / terepi alkalmazás | - | spec. (2 vezeté- kes) | 0.5 km | 38.4 Kbs |
Melsec I/O Link | - | Mitsubishi PLC / terepi alkalmazás | - | spec. (2 vezeté- kes) | 0.2 km | 38.4 Kbs |
Melsec SSCNet | serial | Mitsubishi PLC / szervo-busz | - | spec. (4 vezeté- kes) | - | 5.6 Mbs |
Modbus | RS-232, RS-485: hardvertől függ ethernet: CSMA/CD (félduplex) | jellemzően terepi busz | rs232: 1 meghajtó 1 vevő rs485: 32 állomás szegmensenként repeaterek nélkül, max. 127 állomás repeaterek-kel | RS-232, RS-485, Ethernet | 15 m (rs232) 1,2 km (rs485) - (ethernet) | 115 kBaud (rs232) 12 MBaud (rs485) protokoll specifikus |
MVB | szórványos telegrammok: CSMA/CR periódikus telegrammok: polling master - master: token-bus | vasúti jármű-busz | rézvezetékkel: 30 méter, RS-485 alapú szegmens, maximum 32 csatlakozással | RS-485, száloptika | 30 méter / 2 km | 1.5 Mbaud |
Profibus DP | polling | terepi busz | 32 állomás szegmensenként repeater nélkül, összesen maximum 126 elem hálózatonként repeater-rel. | RS-485 | 1,2 km | 9,6 kBit/s - 12 MBit/s |
Profibus FMS | token bus | techológiai / felügyeleti busz | ua, mint a DP, vagy száloptikával: Maximum 126 elem hálózatonként | RS-485, száloptika | 1,2 km (rs485) - (szálopt.) | 9,6 kBit/s - 12 MBit/s |
Profibus PA | token bus | intelligens terepi busz | 32 állomás szegmensenként, összesen maximum 126 elem hálózatonként | MBP | 1,9 km | 31,25 KBit/s |
Profinet CBA | CSMA/CD | Ethernet alapú felügyleti busz, a Profibus FMS utódja | Ethernet | |||
Profinet IO | CSMA/CD | Ethernet alapú felügyleti busz, a Profibus DP utódja | Ethernet | |||
RS-232 | - | fizikai szint | 1 adó - 1 vevő (p2p) | - | 15 m | 200 kBaud |
RS-422 | - | fizikai szint | 1 adó - 10 vevő (kvázi p2p) | - | 1200 m | 20 MBaud |
RS-485 | - | fizikai szint | 32 állomás szegmensenként | - | 1200 m | 20 MBaud |
Sinaut 8FW | na. | villamosenergia - átviteli busz | 126 | 3964R | na. | na. |
Sinaut ST1 | polling, p2p full duplex | irányítástechnikai terepi busz | 1 master, 255 slave | nem specifikus | na. | na. |
Sinec-H1 | CSMA/CD | irányítástechnikai (Siemens) busz | 100 állomás szegmensenként, összesen maximum 1024. | Ethernet | - 500 méter repeater nélkül - 1500 méter repeater-rel - 2500 méter távoli repeater párral | 10 Mbit/s (legrosszabb esetben nettó 1,2 Mbit/s) |
Sinec-L2 | polling | Siemens terepi busz, a Profibus DP őse | lásd Profibus DP | RS-485 | lásd Profibus DP | |
SPI | mono-master | IC szintű kommunikáció, beágyazott rendszerek, Arduino | szinkron soros kommunikáció | TTL 5V | 8 m | 3,4 Mbps |
Sysmac Way | RS-232 | Omron „C” szériás PLC-k busza | p2p,maximum 32 párhuzamos kapcsolat | RS-232 | 15 m | 115 kBaud (RS-232) |
TCN | vasúti hálózat, magába foglalja a WTB-t és az MVB-t | 1.5 Mbaud | ||||
WTB | egyedi | vonat-busz | 2 - 22 jármű, maximum 32 WTB-csomópont | - | 800 méter erősítő nélkül, 2 km erősítővel | 1.5 Mbaud |