1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ КАНАЛОВ МЕЖМОДУЛЬНОГО ОБМЕНА

Классификация интерфейсов должна учитывать следующие характеристики канала:

·        функциональное назначение;

·        тип связей системы обмена;

·        организацию управления передачей информации;

·        принцип передачи информации;

·        режим организации передачи;

·        способ представления и разделения сигналов;

·        тип физической среды и достижимую пропускную спо­собность.

По функциональному назначению каналы межмодульного обмена подразделяются на межприборные каналы СВС; вну­трисистемные каналы СВС и РВС и каналы межсистемных связей.

Основные характеристики каналов межмодульного обмена. Можно выделить две группы характеристик, касающихся непо­средственно каналов межмодульного обмена: физического и ка­нального уровней.

Характеристики физического уровня представляют собой сово­купность параметров непосредственно физической среды передачи данных и преобразователей, обеспечивающих работу среды пере­дачи информации. К ним относятся:

1)     число подключаемых к каналу приемопередатчиков моду­лей;

2)     тип носителя среды передачи данных (кабель с витыми парами, коаксиальный кабель, световод);

3)     скорость передачи сигналов в канале;

4)     параметры сигналов на входах и выходах приемопередаю­щих преобразователей, входе и выходе канала;

5)     допустимая вероятность ошибки при приеме сигнала;

6)     максимальная длина составляющих частей передающей среды (сегментов, шлейфовых и радиальных ответвителей и т. д.), соединяющих модули;

7)     допустимое число ретрансляторов в канале;

8)     максимальное время задержки распространения сигналов через канал;

9)     габаритные размеры и конструктивно-технологические ха­рактеристики приемопередающих узлов и элементов стыковки составных частей передающей среды.

Следует различать два понятия скорости передачи: первая из них — физическая скорость передачи по каналу, которая определяется числом битов, передаваемых в секунду по конкрет­ному каналу; вторая — скорость, именуемая сквозной, она харак­теризуется числом битов, передаваемых в секунду между парой точек интерфейса системы. Эта скорость является главной, ибо она определяет передачу данных по системе обмена и может быть значительно меньше физической скорости передачи по каналу.

Характеристики канального уровня представляют информа­ционные параметры канала и включают:

1)     структуру информационного сообщения;

2)     способ адресации к модулям и число формируемых адресов сообщений;

3)     способ управления обменом и порядок установления логи­ческих связей между модулями;

4)     способ обнаружения ошибок и их нейтрализацию.

Оценка (численная либо качественная) каждого из большинства названных параметров зависит от организации кон­кретного канала.

Тип связей системы обмена. Определяется топологией связей и режимом обмена по линиям связи. По топологии связей разли­чают четыре основных структуры интерфейсов каналов: радиаль­ную, цепочечную, магистральную и смешанную, представляющую собой комбинацию первых трех структур. Радиальный интерфейс соответствует топологии связи «звезда» (или одной из ее разновид­ностей—«дерево»), цепочечный—топологии «кольцо», маги­стральный—топологии «шина» (рис. 1.2).

 

Рис. 1.2. Топология связей

 

Различают следующие режимы обмена информацией: сим­плексный, полудуплексный, дуплексный и мультиплексный. В симплексном режиме возможна передача лишь одного модуля (например, в топологии «кольцо»). В полудуплексном любой из модулей может начать передачу, если линия связи при этом ока­зывается свободной (например, в топологии «звезда»). Для случая связи двух модулей в дуплексном режиме каждый модуль может передавать информацию в любой момент времени (например, в топологии «точка—точка»). При связи нескольких модулей в мультиплексном режиме («шина») в каждый момент времени связь может быть осуществлена между одним модулем — источ­ником информации и одним или несколькими модулями — при­емниками по общему каналу передачи со структурой связи «много—точка». Каналы симплексного, полудуплексного и дуплексного режима передачи имеют структуру «точка—точка». Обобщенные характеристики систем обмена с различными типами связей при­ведены в табл. 1.2.

Управление передачей информации в каналах. Может подразделяться в зависимости:

·        от размещения управляющих модулей (контроллеров) на цен­трализованное и децентрализованное (распределенное);

·        от дисциплины доступа к каналу на каналы со случайным доступом и каналы с детерминированным доступом.

 

Таблица   1.2

ОБОБЩЕННЫЕ    ХАРАКТЕРИСТИКИ   ИНТЕРФЕЙСОВ
Топология системы обмена	Тип интерфейса	Структура линий свя­зи,  режимы обмена	Расширяе­мость	Задержки в переда­че сооб­щений	Влияние отказов модулей на надежность передачи
«Звезда» («дерево»)	Радиаль­ный	«Точка — точка»: симплекс­ный, ду­плексный, полуду­плексный	Средняя (высокая)	Средние (большие)	Среднее (большое)
«Кольцо»	Цепочеч­ный	«Точка — точка», симплекс­ный	Высокая	Большие	Большое
«Шина»	Маги­стральный	«Много-точка», полудуп­лексный	Высокая	Малые	Малое

 

 

Централизованное управление производится от одного кон­троллера, а децентрализованное — от нескольких. Децентрали­зация может быть полной (все модули являются потенциальными контроллерами) либо частичной. При децентрализованном упра­влении со случайным доступом все модули — потенциальные контроллеры и могут выходить на передачу в канал в любое время. Такая свобода приводит к появлению конфликтов за захват общего канала и возможности наложения двух и более передач. Для уменьшения вероятности наложений модули перед выдачей сооб­щения прослушивают канал и начинают выдачу только при отсут­ствии передачи от других модулей в канале (режим прослуши­вания передачи). Дальнейшее уменьшение искажений возможно в режиме прослушивания передачи с обнаружением столкновений, при наличии которых передача повторяется.

Детерминированный метод доступа исключает столкновения за счет централизации управления в одном контроллере в данный момент. Отсутствие столкновений и размещение средств управле­ния в одном модуле делает детерминированный метод доступа предпочтительным для организации передач в САУ. Однако использование одного центрального контроллера ограничивает надежность, живучесть и жизнестойкость систем. Для преодоле­ния этого недостатка организуют управление передачей инфор­мации по методу детерминированного доступа на распределенных контроллерах, а сами потенциальные контроллеры получают упра­вление по методу случайного доступа с прослушиванием передачи при наличии длительности паузы в передаче по шине больше некоторого порогового значения.

Централизованное или частично децентрализованное управле­ние с детерминированным доступом в зависимости от источника инициализации передачи сообщения делятся на три дисциплины: по меткам времени опорного таймера; по инициативе контроллера в режиме «команда—ответ»; по запросу от вторичных модулей. Управление по запросу вторичных модулей (приоритетный доступ) используется в СВС и внутриприборных интерфейсах, поскольку для запросов необходима отдельная шина. Управление в режиме «команда—ответ» инициализируется контроллером, активизирую­щим вторичные модули на прием или передачу командными сооб­щениями. При этом передаваемые и принимаемые сообщения формируются индивидуально вторичными модулями. Этот метод наиболее широко используется в САУ. Управление по меткам времени от опорного таймера (пропорциональный доступ) назна­чает модуль-источник и модуль-приемник синхронно по вре­мени.

По принципу передачи информации интерфейсы делятся на параллельные, последовательные и параллельно-последователь­ные. Параллельная передача используется в СВС. В РВС преиму­щественно используется последовательная, иногда параллельно-последовательная передача.

По режиму организации передачи различают интерфейсы: с син­хронной передачей данных (с постоянной привязкой момента считывания данных приемником к тактовым или синхронизирую­щим импульсам); с асинхронной передачей (момент считывания данных приемником определяется по сигналам оповещения или запуска от передатчика; по окончании пересылки приемник выдает передатчику сигнал об окончании цикла передачи); комбиниро­ванная передача из двух режимов. В каналах межмодульного обмена используется преимущественно передача с асинхронной организацией, при которой автоматически поддерживается опти­мальное соотношение между скоростью передачи данных и вре­менем прохождения (задержкой) сигнала.

В качестве физической среды распространения сигналов кана­лов межмодульного обмена используются витые пары (проводные линии связи), коаксиальный кабель или световодные волоконно-оптические кабели связи. Среди проводных линий связи необхо­димо выделить высококачественные кабели связи со скрученными проводами с гарантированным волновым сопротивлением, гра­ничащие по скорости передачи с коаксиальными кабелями. Коак­сиальные кабели делятся на узкополосные (с полосой пропуска­ния до 50 МГц) и широкополосные.

Узкополосный коаксиальный кабель обеспечивает передачу сигналов со скоростью до 10 Мбит/с, что полностью удовлетворяет потребности подавляющего большинства САУ. Для типичных систем требуемая скорость передачи в каналах не превосходит 2—3 Мбит/с. Для скоростей до 3 Мбит/с целесообразно использо­вать кабель на основе высококачественной скрученной пары про­водов типа КВСФ, который имеет большую защищенность от внешних электромагнитных низкочастотных помех [4, 24].

Быстродействующим, надежным эффективным при больших потоках, информации является световодный канал, в котором в качестве физической среды используется сверхпрозрачное стек­ловолокно.