远动监控技术 西南交通大学电气工程学院.

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1 远动监控技术 西南交通大学电气工程学院

2 第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构
第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构 第一节 概述 第二节 通信信道及数据传输系统 第三节 调制与解调 第四节 计算机网络基础 第五节 数据通信方式 第六节 调度端及RTU的网络结构

3 远动调度端网络结构

4 一、 计算机网络 2台或2台以上计算机 通信设备和通讯媒介连接起来 网络运行要有一定的协议支持，通 信软件 1.定义
以相互共享资源（软件、硬件和数据）为目的、并具有独立功能的多台计算机系统，采用一定的通信协议（通信规约），通过通信设备和线路连接起来的网络。 2台或2台以上计算机 通信设备和通讯媒介连接起来 网络运行要有一定的协议支持，通 信软件

5 2.计算机网络的组成 （1）网络硬件 一般由网络操作系统、用以组成计算机网络的多台计算机，以及各种通信设备构成的。 计算机
服务器：主要功能是为网络工作站上的用户提供共享资 源、管理网络文件系统、提供网络打印服务、处理网络 通信、响应工作站上的网络请求等。常用有文件服务器、 通信、计算和打印服务器等。通常用小型计算机、专用 PC或高档微机做服务器。 网络工作站：功能是向各种服务器发出服务请求；从网 络上接收传送给用户的数据。它是通过网络接口卡连接 到网络上的计算机。 计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。在网络系统中，硬件对网络的性能起着决定的作用，是网络运行的实体，而网络软件则是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。 1.网络硬件 网络硬件是计算机网络系统的物质基础。随着计算机技术和网络技术的发展，网络硬件日趋多样化，且功能更强，结构更复杂。

6 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 物理层
ISO（国际标准化组织）/OSI（开放系统互联） 参考模型 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 物理层

7 网络互联设备 网络接口卡：简称网卡，又称网络接口适配器，是计算机与网络连接 最主要的设备。
主要功能：实现数据链路层（IEEE802.3：逻辑链路控制LLC+介 质访问控制MAC）的大部分功能，如网络数据格式与计算机数据格 式的转换（将数据拆包、打包）、网络数据的接收与发送、数据的差 错校验等，并提供计算机与网络传输媒介间的接口。 集线器（HUB）：其主要功能是对接受到的信号进行整形放大，重建为完整的信号，以扩大网络的传输距离，同时把网络上所有结点连接在一起，构成星形网络。（物理层） 集线器仅将1个端口接收的信号分发给所有其它端口，但并不做进一步的检查处理，所有连接到集线器的设备共享同一介质，构成一个共享式的网络（总线式网络）。 优点：简单、便宜；缺点：集线器是一个瓶颈，且不能隔离冲突。 计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。在网络系统中，硬件对网络的性能起着决定的作用，是网络运行的实体，而网络软件则是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。 1.网络硬件 网络硬件是计算机网络系统的物质基础。随着计算机技术和网络技术的发展，网络硬件日趋多样化，且功能更强，结构更复杂。

8 网络互联设备 网桥：也称桥接器，是2个局域网的存储、转发设备，用它可完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接。
网桥是依据帧地址进行转发，工作在数据链路层DDL，被连接的设备具有相同的LLC，但MAC可以不同；对用户而言是透明的，报文通过网桥时，用户并不知道网桥的存在；工作在MAC子层上。 网桥的主要作用是分割冲突区域和减少冲突。它的工作原理与交换机类似。 缺点：网络大小有限；如功能故障或配置不当，可能造成网络瘫痪等。 计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。在网络系统中，硬件对网络的性能起着决定的作用，是网络运行的实体，而网络软件则是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。 1.网络硬件 网络硬件是计算机网络系统的物质基础。随着计算机技术和网络技术的发展，网络硬件日趋多样化，且功能更强，结构更复杂。

9 网络互联设备 交换机：也称交换式集线器，是用来提高局域网性能的重要网络设备，与网桥类似，也工作在数据链路层，可视为多口网桥。
交换机通过对信息重新生成，经过内部处理后转发至指定端口，而不是交换机的所有端口，这是交换机和集线器本质不同。交换机具备自动寻址能力和交换作用，根据信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，避免了和其它端口发生冲突。 工作原理：根据收到的数据帧中源MAC地址建立该地址交换机端口的映射，并将端口映射存放在MAC地址表中，这个过程称为学习；交换机将数据帧中的目的MAC地址在MAC地址表进行查询，决定由哪个端口进行转发。只有广播帧（包括找不到目的MAC的帧）会被转发给所有端口。 优点：每一个端口所连接的网段都是一个独立的冲突域； 缺点：要查询MAC地址再转发，有一定的延迟。 计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。在网络系统中，硬件对网络的性能起着决定的作用，是网络运行的实体，而网络软件则是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。 1.网络硬件 网络硬件是计算机网络系统的物质基础。随着计算机技术和网络技术的发展，网络硬件日趋多样化，且功能更强，结构更复杂。

10 网络互联设备 路由器：工作在网络层，提供对网络的物理和逻辑分割，通过计算目标结点位置的目的地址来实现。如果分组地址指示的目标在同一个网段（子网），路由器就把通信流限制在网段内；如果在另一个网段，路由器就把分组发送到与目标网段对应的物理端口上。 路由表存储在路由器的内存中，把分组地址和物理端口号对应起来。 路由：将数据包从一个网络结点转发到另一个网络结点的过程或途径。包括2个基本内容：一是确定能到达目的网络的最优路径，也称为路由选择或寻径，相关的协议称为路由选择协议；另一个是按照最优路径转发数据包，称为数据转发。 路由选择过程通过多种途径收集网络的拓扑结构信息，形成路由表，并按一定的规则维护路由表，使路由表能动态反映网络拓扑变化，保证路由表中到各目的网络的路由最优。 计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。在网络系统中，硬件对网络的性能起着决定的作用，是网络运行的实体，而网络软件则是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。 1.网络硬件 网络硬件是计算机网络系统的物质基础。随着计算机技术和网络技术的发展，网络硬件日趋多样化，且功能更强，结构更复杂。

11 网络互联设备 路由器：发送数据时：首先查找路由表，若能找到数据包到达目标网络的路由，则按该路由将数据转发到下一路由器，下一路由器再依此再转发，直到到达目的地址；如果路由表中没有可到达目标地址的信息，路由器会将该数据包丢弃；如果目标网络直接与路由器相连，路由器则将数据包直接发送到相应的端口上。 优点：适用于大规模、复杂网络，实现负载共享和最优路径； 增强的智能可实现数据安全、提高带宽利用率； 隔离不需要的信息，可提供防火墙的服务（与交换机不同）； 缺点：不支持非路由协议； 安装复杂、价格高； 与相对简单的交换机比，会增加报文的等待时间。 计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。在网络系统中，硬件对网络的性能起着决定的作用，是网络运行的实体，而网络软件则是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。 1.网络硬件 网络硬件是计算机网络系统的物质基础。随着计算机技术和网络技术的发展，网络硬件日趋多样化，且功能更强，结构更复杂。

12 其它 通信介质：作用：计算机之间传输数据信号的重要媒介，提供了数据信号传输的物理通道。有形介质:双绞线，同轴电缆，光缆。无形介质:无线电，微波，卫星通信，红外线，激光。 各种网络互连设备。传输容量，信号衰减，抗干扰能 力，安装难度，价格。 计算机网络系统由网络硬件和网络软件两部分组成。在网络系统中，硬件对网络的性能起着决定的作用，是网络运行的实体，而网络软件则是支持网络运行、提高效益和开发网络资源的工具。 1.网络硬件 网络硬件是计算机网络系统的物质基础。随着计算机技术和网络技术的发展，网络硬件日趋多样化，且功能更强，结构更复杂。

13 （2）网络软件 网络操作系统（Network Operating System）：运行在 网络硬件基础之上，为网络用户提供共享资源管理服务、 基本通信服务、网络安全及其他服务的软件系统。网络 操作系统必须对用户进行控制；需通过软件工具对网络 资源进行全面的管理，进行合理调度和分配。 网络协议软件：连入网络的计算机依靠网络协议实现互 相通信，而网络协议靠具体的网络协议软件的运行支持 才能工作。凡是连入网络的服务器和工作站都运行相应 的网络协议软件。如IPX、TCP \IP。 网络管理软件 网络通信软件 网络应用软件 网络操作系统是网络的核心，其他应用软件系统需要网络操作系统的支持才能运行。 在网络系统中，每个用户都可享用系统中的各种资源，所以，网络操作系统必须对用户进行控制，否则，就会造成系统混乱，造成信息数据的破坏和丢失。为了协调系统资源，网络操作系统需要通过软件工具对网络资源进行全面的管理，进行合理的调度和分配。

14 3.计算机网络的功能 共享资源：硬件资源（激光打印机、绘图仪、数字 化仪、扫描仪）；软件资源；数据资源
共享资源：硬件资源（激光打印机、绘图仪、数字 化仪、扫描仪）；软件资源；数据资源 数据通信：（文字信息、新闻消息、咨询信息、图 片资料、报纸版面、 、IP Phone ） 分布式数据处理：数据分布处理，提高处理速度和 系统可靠性，并均衡网内负载。 随着网络技术的发展，其应用领域越来越广泛。通过网络系统，人们可以坐在家里预订去世界各地的飞机票、火车票、船票，预订客房等。通过远程通信可了解全世界各地证券、股市行情，在任何地方的银行存取货币等。通过网络信息系统对企业生产、销售、财务、储运、固定资产等各方面进行管理。

15 4.计算机网络的类型 （1）按配置划分 同类网：网络中，每台计算机既是服务器又是工作站。 该网中每台计算机都可以共享其它任何计算机的资源。
同类网：网络中，每台计算机既是服务器又是工作站。 该网中每台计算机都可以共享其它任何计算机的资源。 单服务器网：在网络中只有一台计算机作为整个网络的 服务器，其它计算机全部是工作站。 混合网：在网络中的服务器不只一个，但又不是每台工 作站都可以当作服务器来使用。 计算机网络有各种各样的类型，分别用于不同的用途。但它们具有某些共同的特征，以支持用户的需求。 1.按配置划分 按照服务器和工作站配置的不同，可把网络划分成同类网、单服务器 网和混合网。 ⑴ 同类网 如果在网络系统中，每台计算机既是服务器，又是工作站，这样的网 络系统就是同类网。在同类网中，每台计算机都可以共享其它任何计算 机的资源。 ⑵ 单服务器网 如果在网络系统中只有一台计算机作为整个网络的服务器，其它计算 机全部是工作站，那么这个网络系统就是单服务器网。 ⑶ 混合网 如果在网络系统中的服务器不只一个，但又不是每台工作站都可以当 作服务器来使用，那么这个网就是混合网。混合网与单服务器网的差别 在于网络中不仅仅只有一个服务器；混合网与同类网的差别在于每个工 作站不能既是服务器又是工作站。 由于混合网中服务器不只一个，因此它避免了在单服务器网上工作的 各工作站完全依赖于一台服务器，当服务器发生故障后全网处于瘫痪的 现象。所以，对于一些大型的、信息处理工作繁忙的、重要的网络系统， 在设计时应采用混合网，考虑备用服务器方案，这一点是非常重要的。 混合网与单服务器网的差别是网络中不仅仅只有一个服 务器；混合网与同类网的差别在于每个工作站不能既是 服务器又是工作站。

16 （2）按对数据的组织方式划分 集中式网络系统： 特点：对信息处理集中，系统 响应时间短，可靠性高，便于管理。但整个系统适 应性差。
分布式网络系统：特点：系统独立性强，用户使用 方便、灵活。但对整个网络系统来说，管理复杂， 保密性、安全性差。 集中式网络系统： 特点：对信息处理集中，系统 响应时间短，可靠性高，便于管理。但整个系统适 应性差。 分布集中式网络系统：采用分布与集中相结合的系 统。 在分布式网络系统中，系统中的资源既是互连的，又是独立的。虽然系 统要求对资源进行统一的管理，但系统中分布在各台独立的计算机工作 站中的资源由自己独立支配。系统只通过高层次的操作系统对分布的资 源进行管理。系统对用户完全是透明的。 分布式网络系统的特点是：系统独立性强，用户使用方便、灵活。但 对整个网络系统来说，管理复杂，保密性、安全性差。 ⑵ 集中式网络系统 集中式网络系统是将网络系统中的资源进行统一管理，系统中各独立 的计算机工作站独立性差，它们必须在主服务器支配下进行工作。其特 点是：对信息处理集中，系统响应时间短，可靠性高，便于管理。但整 个系统适应性差。 ⑶ 分布集中式网络系统 比较理想的网络系统，特别是局域网，通常采用分布与集中相结合的 系统，即分布集中式网络系统。这种网络系统通常是根据用户的需要和 具体系统的特点，采纳分布式和集中式的优点进行设计的。

17 点对点（星型）网络：以点对点的连接 方式，把各台计算机连接起来的。
（3）按通信结构划分 点对点（星型）网络：以点对点的连接 方式，把各台计算机连接起来的。

18 总线型网络：用一个共同的通信介质把各个 计算机连接起来的，如以同轴电缆联接起来的 总线形网。
（3）按通信传播方式划分 总线型网络：用一个共同的通信介质把各个 计算机连接起来的，如以同轴电缆联接起来的 总线形网。

19 （3）按通信传播方式划分 树型网络：分层结构。

20 （3）按通信传播方式划分 环型（链型）网络

21 （3）按通信传播方式划分 网状型网络

22 局域网（LAN） （Local Area Network）
（4）按信息传输距离的长短划分 局域网（LAN） （Local Area Network） 局域网 指十几公里的地理范围内将计算机、外设和通信设备互连在一起的网络系统。 局域网，传输速率较高（10M-1000Mb/s），误码率较低（ ）。组网方便，技术简单。如：Novell网、令牌环网(IBM Token Ring）、Ethernet(以太网) LAN是在一个有限的地理范围内（十几公里以内）将计算机、外部设备和网络互连设备连接在一起的网络系统，常见于在一幢大楼、一个学校或一个企业内。常见的局域网有Novell网、令牌环网、Ethernet（以太网）等。LAN技术是专为短距离通信而设计的，目的在于通过它在短距离内使互连的多台计算机进行通信。 WAN是与局域网相对而言的。广域网的覆盖范围通常可以在几十公里、 几百公里，甚至更远，一般用来连接广阔区域中的LAN网络。广域网通 常是租用电话线或用专线建造的，它的覆盖范围可以遍布于城市、国家， 甚至全球。 城域网（MANs） 城域网 指在一个城市的地理范围内将计算机、外设和通信设备互连在一起的网络系统。IEEE 802.6

23 广域网（WAN） （Wide Area Network）
广域网 涉及的范围较大，通常可以达到几十公里、几百公里，甚至更远。 传输距离远，传输速率较低，误码率较高。机制复杂。 传输媒介：电话线、专线、光线。

24 （5）按交换方式分类 线路交换网络（Gircuit Switching)：用模拟信号在线路上传输
报文交换网络（Message Switching)：数字化网络；存储-转发方式；不定长报文为单位 分组交换网络（Packet Switching)：定长报文为单位分组传输

25 二、 网络拓扑结构 拓扑学（TOPOLOGY）是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。
网络拓扑是由网络节点设备和通信介质构成的网络结构图。 在选择拓扑结构时，主要考虑的因素有：安装的相对难易程度、重新配置的难易程度、维护的相对难易程度、通信介质发生故障时，受到影响的设备的情况。

26 节点：网络单元。网络单元是网络系统中的各种数据处理设备、数据通信控制设备和数据终端设备。
转接节点的作用是支持网络的连接，它通过通信线路转接和传递信息；访问节点是信息交换的源点和目标。 链路是两个节点间的连线。 物理链路:实际存在的通信连线 逻辑链路:在逻辑上起作用的网络通路。 链路容量指每个链路在单位时间内可接纳的最大信息量。 通路是从发出信息的节点到接收信息的节点之间的一串节点和链路。即：它是一系列穿越通信网络而建立起的节点到节点的链路。

27 1.点对点方式 调度端 信道 被控站 特点：应用在简单系统中。 缺点：每一个被控站对应一个调度端和信道。

28 2 星型结构 以一个节点为中心的处理系统。 网络结构简单，如在文件服务器/工作站的局域网模式。采用集线器（Hub)。
端口:4/8/12/16/24 可同时连双绞线、同轴电缆及光纤等媒介 集中控制方式，便于管理 网络延时短，误码率低 网络共享能力差、线路效率低、主机负担重 总线结构是比较普遍采用的一种方式，它将所有的入网计算机均接入到一条通信线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终结器匹配线路阻抗，如图所示。 总线结构的优点是信道利用率较高，结构简单，价格相对便宜。缺点是同一时刻只能有两个网络节点相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳节点数有限。在总线上只要有一个点出现连接问题，会影响整个网络的正常运行。目前在局域网中多采用此种结构。 总线拓扑网络通常把短电缆（分支电缆）用电缆接头连接到一条长电缆（主干）上去。总线拓扑网络通常是用T型BNC连接器将计算机直接连到同轴电缆主干上。主干两端连有终结器匹配线路阻抗。 总线拓扑网络相对来说容易安装，只需敷设主干电缆，比其他拓扑结构使用的电缆要少。配置简单，很容易增加或删除节点，但当可接受的分支点达到极限时，就必须重新敷设主干电缆。相对来说比较维护困难，因为在排除介质故障时，要将错误隔离到某个网段。受故障影响的设备范围大。 星型结构是以一个节点为中心的处理系统，各种类型的入网机器均与该中心节点有物理链路直接相连。其结构如图1-4所示。 星型结构的优点是结构简单、建网容易、控制相对简单。其缺点是属集中控制，主节点负载过重，可靠性低，通信线路利用率低。 一个星型拓扑可以隐在另一个星型拓扑里而形成一个树型或层次型网络拓扑结构。 相对其他网络拓扑来说安装比较困难，比其他网络拓扑使用的电缆要多。容易进行重新配置，只需移去、增加或改变集线器某个端口的连接，就可进行网络重新配置。由于星型网络上的所有数据都要通过中心设备，并在中心设备汇集，星型拓扑维护起来比较容易。受故障影响的设备少，能够较好地处理。

29 星型结构I型 优点：独立通道，不存在通道竞争问题，变电所可同时与监控中心通信。实时性最好。任一通道故障，不影响其他通道的通信。
缺点：占用通道资源太多。

30 星型结构II型 特点：监控中心到通信中心之间只占用一个通道。 优点：监控中心的通讯设备比I型少n-1个， 缺点：实时性比I型星型结构差。

31 3 总线结构 通信线路为主电（光）缆，信息沿总线向两个方向传输（广播式） 为防止信号反射，两端有终端匹配阻抗（局域网、电缆）

32 优点：共用一条通道，实现资源共享。每个变电所同时收到监控中心下发信息，通过站地址判别。
缺点：应采用严格的通信协议，否则造成通道竞争发生冲突。如采用POLLING协议，以时分线路解决；如主干线路某处故障，影响整个系统。对通道可靠性要求较高。

33 4 环型结构 各节点通过环路接口连在一条首尾 相连的闭合环路通信线路上，环路上的任何节点均可以请求发送信息

34 特点：信息转发。信息传输有延时，通讯设备有所增加。如线路某处故障，可通过另外环路进行。

35 5 树型结构 在星型、总线型网络 上加分枝。分层结构。

36 三、开放式系统互连参考模型OSI 1.OSI的分层结构
国际标准化组织ISO于1978年提出了OSI模型，该模型是设计和描述网络通信的基本框架，是国际范围的网络体系结构标准。 1.OSI的分层结构 它通过分层把复杂的通信过程分成了多个独立的、比较容易解决的子问题。 在OSI模型中，下一层为上一层提供服务，而各层内部的工作与相邻层是无关的。 该模型应用最多的就是描述网络环境。生产厂商根据OSI模型的标准设计自己的产品。它描述了网络硬件和软件如何以层的方式协同工作进行网络通信。 OSI参考模型定义了不同计算机互连标准的框架结构，得到了国际上的承认，被认为是新一代网络的结构。

37 协议：为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规
则、标准或约定。 实体：任何可以发送或接收信息的硬件/软件进程，每 一层中的活跃元素。 对等实体：位于不同系统内同一层次的两个实体。  协议作用在对等实体之间。 接口：相邻两层之间交互的界面，定义相邻两层之间 的原语操作及上层对下层的服务。 服务：某一层及其以下各层的一种能力，通过接口提 供给其相邻上层的服务。 网络体系结构：网络的层次结构及其协议的集合，相 邻层间的接口以及服务统称为网络体系结构， 是对网络及其组成部分的功能的精确定义。

38 2. ISO/OSI 各层之间的关系 物理层 数据链路层 网络层 传输层 会话层 表示层 应用层 物理层

39 物理层 (1) 物理层的主要功能 在数据链路层的两个实体之间建立、维持和释放物理连接 规定在物理层传送0、1数据的电参数（波形、频率、电平）
传送二进制位流 规定在物理层传送0、1数据的电参数（波形、频率、电平） 规定所用的连接器

40 数据链路层 （2）数据链路层的主要功能 TCP/UDP 数据链路的建立、维持和释放 帧的分界和同步 差错检测与控制 顺序控制及层内管理
传送帧 帧的分界和同步 差错检测与控制 顺序控制及层内管理 流量控制

41 （3）网络层的主要功能 网络层 传送分组 路径选择 网络中拥挤控制

42 （4）传输层的主要功能 提供两个端系统之间可靠、透明的数据传送 传输层 传送报文 差错控制 顺序控制 流量控制

43 （5）会话层的主要功能 会话层 为通信的两个进程建立会话连接，进行交换 传送报文 会话管理 令牌管理 同步管理

44 （6）表示层的主要功能 表示层 OSI内部语法 信息格式的转换 数据的加密和解密

45 （7）应用层的主要功能 应用层 为用户使用网络提供接口

46 OSI/RM 开放环境 实系统环境 计算机A 计算机B 7 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1 OSI环境 网络环境 3 2 1 3 2 1 数据通信网

47 四、局域网 1.局域网参考模型LAN/RM  物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构及数据率 网络层 数据链路层 物理层
逻辑链路控制 LLC 介质访问控制 MAC 高层 OSI IEEE 802.3  物理层：透明传输位流，规定信号编码、传输媒体、拓扑结构及数据率

48 按功能划分为两个子层：LLC和MAC  功能分解的目的：将功能中与硬件相关的部分和与硬件无关的部分进行区分，降低研究和实现的复杂度。  与传统的数据链路层的区别：  LAN链路支持多重访问，支持成组地址和广播  支持MAC链路访问控制功能  提供某些网络层的功能，如网络服务访问点、多路复用...

49 MAC子层功能：成帧/拆帧， 实现、维护MAC协议，位差错检测，寻址
LLC子层功能：建立/释放逻辑连接，差错控制，帧序号处理，某些网络层功能 LAN对LLC子层透明，仅在MAC子层才可见LAN的标准（LAN标准的区别在MAC子层）

50 2.局域网存取控制方式 带有碰撞检测的载波侦听多路访问CSMA/CD
工作原理：边发送边监听。若监听到冲突，则冲突双方都立即停止发送。信道很快空闲，从而提高效率。 CSMA/CD：监听到信道空闲就立即发送数据，并继续监听；若监听到冲突，则立即放弃发送  冲突检测方法：  比较接收到的信号电压的大小  检测曼彻斯特编码的过零点  比较接收到的信号与刚发出的信号  站点检测到冲突后，往往发送人为干扰信号，强化冲突，以通知其他站点 在这种方式中，一个工作站在发送前，首先使用载波侦听协议侦听媒体上是否有收发活动，也就是载波是否存在。当侦听到媒体空闲时，立即开始进行传输。如果侦听到有载波存在，工作站便推迟自己的传输，退避一段时间后再试。如果两个工作站同时试图进行传输，将会造成彼此间的干扰，这种现象称为碰撞。这是一种正常现象，因为媒体上连接的所有工作站的发送都基于媒体上是否有载波，所以称为载波侦听多路访问（CSMA）。 为保证这种操作机制能够运行，还需要具备检测有无碰撞的机制，这便是碰撞检测（CD）。也就是说，工作站在发送过程中仍要不断检测是否出现碰撞。如果在发送过程中有碰撞发生，工作站发送一个短的干扰（jam）信号，以保证所有的站点都知道出现了碰撞，发送完干扰信号后，等待一段随机时间，然后再重新尝试发送。 信号在网络上传播有一定时延，在这种情况下可能导致出现碰撞。在局域网上某一工作站已开始发送，由于这种传播时延，而另外一个工作站尚未检测到第一站的传输也启动发送，从而造成碰撞。 在局域网中帧的长度要足够长，使它在发完之前就能检测到碰撞。检测到碰撞之后，涉及该次碰撞的站要丢弃各自开始的传输，转而继续发送一种特殊的干扰信号，使碰撞更加严重，以便警告LAN上的所有工作站出现了碰撞，然后两个碰撞的站都采取退避策略，设置一个随机间隔时间，当此时间间隔后才能重新启动发送。退避时间为一个服从均匀分布的随机量。碰撞产生的重传会加大了网络的通信流量，所以当出现多次碰撞后，它应退避一个较长的时间，以减少碰撞的产生。当然帧的长度最长也有限制，这是由于发送站和接收站的缓冲器容量总有一限度，同时如果一个工作站发送的帧太长，将妨碍其它工作站的使用。

51 CSMA/CD媒体访问方法的规则： 如果媒体信道空闲，则可进行发送，否则转到第2步。
如果媒体信道忙（有载波），则继续对信道进行侦听。一旦发现空闲，就进行发送。 如果在发送过程中检测到碰撞，则停止正常发送，转而发送一个短的干扰（jam）信号，使网上所有站都知道出现了碰撞。 发送了干扰信号后，随机退避一段时间，重新尝试发送，转到第1步。

52 第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构
第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构 第一节 概述 第二节 通信信道及数据传输系统 第三节 调制与解调 第四节 计算机网络基础 第五节 数据通信方式 第六节 调度端及RTU的网络结构

53 一、通信方式 CPU与外部的信息交换统称为通信。 并行通信：各位数据同时传送。如CPU与PIO间的数据交换是八位一起传送的。
特点：传输线多、距离短、速度快。 串行通信：数据是一位、一位顺序传送的方式。如远动装置发、收两端距离很长，只采用一条通道传送信息，需要各位信息逐位按次序传送。 特点：线少、较长、较慢。 按信息方向和时间可分为单工、半双工、全双工三种方式。

54 单工通信：只能在一个方向传送信息，不能反方向传送。
半双工通信：可以双向传输，但不能同时双向传输，在某一通信时刻，只能向一个方向传输。 全双工通信：双方可同时进行双向传输，两个方向独立。

55 根据收发两端实现码元同步的方式，串行通信可以分为两大类：
异步通信（ASYNC） 同步通信（SYNC）

56 二、异步通信 1. 定义 2. 组成 收发两端不存在严格一致的码元定时脉冲。它是面向字符的，即传输每一组数据构成一个字符。
由起始位，数据位，奇偶校验位，停止位组成。 异步通信是将每一字符看作一个独立的信息，为了区分字符边界，加上起始位和停止位，构成一个帧。各个字符串行地依次序传送。 传送一个八位数据时，最少要十位数据的长度。

57 起始位:无数据发送时，一直保持传号信号即“1”电平，起始位的电平从“1” 变到“0”并保持一个码元的时间。
数据位:在起始位发送后要传输的信息，可以为5-8位 奇偶位: 一位，提高数据位的抗干扰性能，也可不加。 停止位:表示字符结束，1、1.5、2位 该方式技术要求不高，采用字符收发同步，收发两端的时钟因误差不会累积而允许有较大的误差。

58 3. 异步通信的发送和接收 发送端: 无信息时，约定送出一连串“1”，称空闲位。一旦有信息发送，先发一个“0”，称起始位，然后发送数据位和奇偶位，最后发停止位表示一帧的结束。 接收端: 把接收到第一个“0”当作一帧的开始（即同步信号）。接收到由“1”变“0”的下降沿后，按约定时钟频率一位、一位地从低向高位收数。

59 为了正确、可靠接收数据，在中点判断是“1”或“0”。
提高接收时钟频率。如16倍频采样，找到下跳沿。 接收到起始位下降沿后，计数8个脉冲后,再读,若为低则确认它是起始位,否则为干扰。 找到起始位后，每经过16个脉冲读入一位，直到检测到停止位，接收完一帧信息。

60 信息格式：一个字符为几位数据，奇偶校验的形式，停止位的位数等。
异步通信时，发、收两端预先必须规定： 信息格式：一个字符为几位数据，奇偶校验的形式，停止位的位数等。 波特率：即码元速率。如波特率为1200Bd，则码元周期T=1/1200＝0.833ms 波特率系数。要预先规定接收时钟的频率是波特率的倍数，例如波特率系数为16， 32或64倍等。

61 三、同步通信 异步通信中，每一个字符用起始位和停止位作为开始和结束的标志。当一个字符为8位数据，起始位和终止位至少各占1位，实际传送信息的效率最多80％。 传送大量数据时，为提高传送效率，采用一个数据块共用一个同步字作为起始位的格式，叫同步通信方式。 此时，发、收双方必须保持严格的码元同步，以双方规定的同步字符作为一帧（数据块）的开始和结束。

62 同步传送方式是用发、收双方规定的同步字来作为数据块的开始和结束。同步方式可分为：
内同步方式：发送端必须在数据块之前首先发送同步字。在接收端，当接收器收到与约定相符的同步字后才开始接收数据。 外同步方式：由外界对接收器输入一个同步脉冲后就开始接收数据。采用外同步方式时，在发端不发送同步字。但在接收端必须提取出同步脉冲来。

63 注意：同步通信时，不允许在数据之间出现空隙，如果发送端在某个时刻内没有数据发送，那么就要在这个时间间隙里补进去相应数量的同步字，直到再有新的数据发送为止。如果没有数据发送，并且也没有发送同步字，这就出现“欠载”现象。 同步与异步的主要差别：异步通信是“起—止”同步（Start —stop mode）方式通信，即以起始位开始、停止位结束的一个字符内按约定频率进行同步接收。各字符之间允许有间隙，且两个字符之间的间隔不固定的；在同步通信方式中，不仅同一字符中的相邻两位间的时间间隔要相等，而且字符间的间隔也要求都相等。

64 第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构
第四章 远动监控系统数据传输 与通信网络结构 第一节 概述 第二节 通信信道及数据传输系统 第三节 调制与解调 第四节 计算机网络基础 第五节 数据通信方式 第六节 调度端及RTU的网络结构

65 远动调度端网络结构

66 集中式RTU的典型体系结构示意图 SIO AI KB Modem CPU CRT自检 调度所2 DI DOR DG WDT DO1 PA
调度所1 集中式RTU的典型体系结构示意图

67 CPU 主 从 IYX1 IYX2 IYC1 IPA IYK IYT 内部串行总线 KB M 主站1 主站2 主站3 功能分布式RTU

68 结构分布式RTU

69 思考题 1. 什么是计算机网络？ 什么是协议？ 什么是拓扑？ 2. 计算机网络是由什么组成的？
3. 网络拓扑结构有哪些类型，如何选择网络拓扑结构? 4. OSI模型及各层之间的关系是什么？ 5.数据传输中为什么必须实现收发双方的同步？位同步与帧同步各解决什么问题? 6.同步通信和异步通信的根本区别是什么？ 7.全双工与半双工通信有什么区别？在二线制电路上能否进行全双工通信？