《工业通信与网络技术》第3章(5)

哈工大网络与电气智能化研究所工业通信与网络技术3.9传输媒体（介质）传输媒体是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通道数据通信的特点和通信质量取决于传输媒体的性质以及传输信号特点导向媒体，主要取决媒体自身的性质非导向媒体，主要是发送天线生成的信号带宽设计数据传输系统主要考虑数据率和传输距离数据率越大，传输距离越远越好哈工大网络与电气智能化研究所2设计因素带宽－Bandwidth高带宽，高数据率传输损伤－Transmissionimpairments损伤限制传输距离干扰－Interference在频率重叠的区域内，相互竞争的信号之间会互相干扰，可能导致信号的失真或丢失接收器数量－Numberofreceivers导向媒体中，构成点对点或者多个设备相连的链路多个设备相连共享中，每个连接的设备都会给这条链路带来不同程度的衰减和失真，从而限制了传输距离和／或数据率哈工大网络与电气智能化研究所33.9传输媒体（介质）图电信用电磁波频谱哈工大网络与电气智能化研究所43.9.1导向传输媒体（介质）哈工大网络与电气智能化研究所53.9.1导向传输媒体（介质）6导向传输媒体－双绞线4对UTP（非屏蔽双绞线）电缆，24AWG实心裸铜线，聚烯烃绝缘，带撕裂绳，柔性PVC护套。护套每两英尺有一个标志。六类双屏蔽双绞线本品符合UL444、TIA/EIA568B、ETL及3P标准；频宽CAT.5E达100MHz﹔CAT.6可达250MHz；可支持多种布局结构和多种传输媒体，如：话音、数字、电文、图像、视像通信等局域网络环境。因其具有屏蔽层，所以一般用于有强电磁干扰场合，电缆能传输更高的数字速率，屏蔽效果好于STP。五类4对室外阻水非屏蔽双绞线满足或优于现行的五类传输标准，适用于室外的水平布线或设备端接，连接绝缘一致性，提供非常低的传输延时，外径尺寸小，减少安装中的电缆扭曲。哈工大网络与电气智能化研究所7双绞线－物理性质双绞线由两根彼此绝缘的铜线组成，这两根线按照规则的螺线状绞合在一起一对线作为一个通信链路使用将线对绞合起来是为了减轻同一根电缆内的相邻线对之间的串音干扰同一捆中的相邻线对通常具有不同的绞距，以减少串扰哈工大网络与电气智能化研究所8双绞线－应用最常用的传输媒体电话网每部住宅电话机都通过双绞线与本地电话交换局（或者称为“端局”）连接，形成“用户环路”在一栋办公楼内连接到室内专用小交换机(PBX)系统或端局的中央设备上局域网(LAN)数据率达到10Mbps–1Gbps，甚至10Gbps，100m哈工大网络与电气智能化研究所9双绞线－传输特性模拟传输每5千米到6千米用一个放大器数字传输使用数字或模拟信号每2千米到3千米用一个转发器传输距离受到限制对点对点模拟信号传输，带宽可达1MHz对于远距离数字点到点信号传输，数据率可以达到几Mbps容易受到干扰和噪声的影响哈工大网络与电气智能化研究所10双绞线－传输特性图典型导向媒体的衰减特性哈工大网络与电气智能化研究所11无屏蔽和屏蔽双绞线无屏蔽双绞线－UnshieldedTwistedPair(UTP)包含一根或多根双绞线缆，通常一起包在一个热塑套管内，没有电磁屏蔽层，容易受外部电磁场干扰用作数据传输时，UTP可用于从话音级到局域网里甚高速电缆等各种场合普通的电话线最便宜使用方便安装简单哈工大网络与电气智能化研究所12无屏蔽和屏蔽双绞线屏蔽双绞线－ShieldedTwistedPair(STP)用金属网罩或护皮以减少干扰在高数据率的情况下，性能更好价格贵，使用不方便屏蔽双绞线(STP)不同配置每一对线独立地由金属箔屏蔽，通常被称为金属箔双绞线(FoilTwistedPair，FTP)。管内有一层金属箔或金属带覆盖所有线对（作为一组），这种配置有时被称为屏蔽的双绞线（ScreenedTwistedPair,F/UTP）。每一对线有独立的屏蔽，同时整组线缆还有屏蔽，这被称为完全屏蔽双绞线缆或屏蔽的／金属箔双绞线(S/FlP)。哈工大网络与电气智能化研究所13双绞线类型哈工大网络与电气智能化研究所14导向传输媒体－同轴电缆比双绞线更不容易受到串扰和干扰传输距离更长，数据率更高，比双绞线支持更多的站点共享同一链路双层屏蔽带悬挂线四层屏蔽带悬挂线哈工大网络与电气智能化研究所15同轴电缆－应用用途广泛的传输媒体电视广播－Televisiondistribution有线电视－CableTV长途电话传输－Cancarry10,000voicecallssimultaneously正在逐渐被光纤代替计算机系统之间的短距离连接局域网哈工大网络与电气智能化研究所16同轴电缆－传输特性模拟信号每隔几千米使用一个放大器频率越高，放大器的间隔越近有效频谱可延伸至500MHz数字信号每千米使用一个转发器数据率越高，转发器间隔越密哈工大网络与电气智能化研究所17导向传输媒体－光纤光纤是一种纤细(2~125um)、柔韧并能够传导光线的媒体。有多种玻璃和塑料可用于制造光纤。使用超高纯二氧化硅熔丝的光纤可得到最低损耗。哈工大网络与电气智能化研究所18光纤－优势容量更大以数百吉比特每秒的数据率传输几十千米的距离体积更小，重量更轻衰减更小隔绝电磁场不怕冲激噪声和串扰之类的干扰更安全，很难被人搭线窃听转发器的间隔更远更低的费用哈工大网络与电气智能化研究所19光纤－应用长途线路电话网,20k–60k个话音信道,平均长度1500km市区中继电路100k个话音信道,平均长度12km农用交换干线电路5k个话音信道,长度范围40–160km光纤用户环路直接从交换中心连接到用户的电路话音、数据、图像和视频LANs容量100Mbps–10Gbps哈工大网络与电气智能化研究所20光纤－传输特性通过完全内部反射来传输信号编码的光束，光纤系统的频率操作范围1014到1015Hz之间多模突变多个角度发射多条传播路径，每条路径的长度不同，通过纤维的时间也不同短距离传输单模一个角度，一条传播路径，长距离传输多模渐变渐变的折射率成螺旋状LAN哈工大网络与电气智能化研究所21光纤传输模式哈工大网络与电气智能化研究所22光纤－传输特性光源-发光二极管－LightEmittingDiode(LED)比较便宜工作温度范围较宽寿命长注入激光二极管－InjectionLaserDiode(ILD)效率更高支持较高的数据率哈工大网络与电气智能化研究所23光纤－传输特性哈工大网络与电气智能化研究所243.9.2无线传输频率范围微波频率1GHz到40GHz，高方向性，点对点传输无线电波区（广播无线电）30MHzto1GHz，全向应用红外线频谱3x1011Hz到2x1014Hz，在特定区域完成点对点及多点应用非导向媒体通过天线发送和接收实现天线中的概念各向同性天线，抛物面反射天线，天线增益哈工大网络与电气智能化研究所25地面微波抛物面“碟状”天线最常见微波天线电磁波聚集成细波束应用长途电信服务：如话音和电视视距内传输，所需放大器或转发器比同轴电缆少点对点建筑物间用于闭路电视和局域网蜂窝系统频谱范围在1–40GHz:频率越高，带宽越宽，数据率越高哈工大网络与电气智能化研究所26卫星微波微波接力站卫星从一个频段接收信号，放大或再生，再从另一个频段发送信号卫星要求相对于地球的位置是恒定的高度35,863km应用电视广播，长途电话传输，专用商业网络，全球定位频率范围为1到10GHz从地球站发送到接收有0.25秒的传输时延天生就是广播工具哈工大网络与电气智能化研究所27广播无线电全方向性的－Omnidirectional应用广播FM频段UHF频段和VHF频段，电视广播数据网络应用30MHz到1GHz广播通信的有效频段高于30MHz的传输范围局限于视距范围无线电损伤的主要来源是多径干扰地面、水域自然界或人造物体的反射哈工大网络与电气智能化研究所28红外线和无线传播红外线发送/接收器调制不相干的红外线光实现通信视距范围直接传输或反射无法穿透墙体，比较安全，不受干扰不存在频率分配问题无线传播地波传播:调幅无线电广播（AMradio）天波传播：BBC和美国之音视距传播哈工大网络与电气智能化研究所29视距传输无线视距传输的损伤自由空间损耗离发送天线越远，接收到的信号功率越弱大气吸收主要来自水蒸气和氧气雨和雾引起的散射导致衰减多径信号被障碍物反射沿多条路径传播，如通过水域时，风使水的反射面运动，导致多径传播折射大气层的折射，海拔高度变化或其他大气层状态变化哈工大网络与电气智能化研究所3031第3章现场总线通信基础3.1概念和术语3.2模拟数据和数字数据传输3.3传输损伤3.4模拟信号和数字信号编码技术3.5同步和异步传输3.6单工、半双工传输和全双工传输3.7差错类型、差错检测和差错纠正3.8差错控制、流量控制和高级数据链路控制3.9传输介质（媒体）哈工大网络与电气智能化研究所32第2章现场总线网络基础2.1现场总线网络概观2.2网络分类2.3网络软件2.4OSI和TCP/IP参考模型2.5网络体系结构内的标准化2.6网络拓扑结构2.7介质访问控制方式哈工大网络与电气智能化研究所哈工大网络与电气智能化研究所完成工业通信需考虑/解决的问题：通信设备/装置——节点/站点通信线——网络的传输介质通信的快慢——通信速率通信距离——总线长度网络能连多少个节点？节点识别——寻址方式节点地址有重复的怎么办？——重复MACID检测节点之间连接形式——网络拓扑结构33哈工大网络与电气智能化研究所完成工业通信需考虑/解决的问题：节点优先级，冲突如何解决——介质访问控制方式允许数据传输方向——通信方式数据如何描述——数据编码每位数据时间的长短——位定时不同节点的位时间有误差怎么办？——同步出错了怎么办？——检错、纠错和恢复节点出故障了怎么办？——自检、故障诊断和自动脱离如何表达不同的数据——数据的格式和意义—帧的组成—协议34哈工大网络与电气智能化研究所完成工业通信需考虑/解决的问题：复杂协议如何实现——协议分层一次要发送的数据比较多，一帧发不完怎么办？——分段/重组如何保证数据接收节点知道发送节点何时开始发送数据、何时结束数据发送？——帧起始、帧结束如何保证通信数据的保密性、完整性、可用性和不可否认性——保密通信，安全措施路由选择、拥塞和流量控制、时分复用和频分复用等35