Länk Mottagare. Sändare. transmission linjekodning modulering inramning kontrolldata och nyttolast Adressering Felkontroll Flödeskontroll

Transkript

1 Sändare ) UHOlVQLQJ Länk Mottagare transmission linjekodning modulering inramning kontrolldata och nyttolast Adressering Felkontroll Flödeskontroll 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 1 'DWDNRGQLQJ'DWDHQFRGLQJ analog ~ kontinuerlig diskret ~ digital data propageras med eletriska signaler analog signal: kontinerlig variabel elektromagnetisk signal digital signal: en serie spänningspulser Fyra möjligheter: analog data, analog signal analog data, digital signal (digitalisering, codec) digital data, analog signal (modulering, modem) digital data, digital signal 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 2 7HUPLQRORJL signalelement vågform som representerar ett visst bitvärde eller värdena på ett block av bitar bittakt antalet bitar som överförs per sekund b/s B/s = byte/s signaleringstakt signalelement per sekund, enheten kallas baud linjekodning processen att representera bitar med hjälp av amplituddiskreta pulser modulering kontinuerliga vågformer används för att representera bitarna 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 3

2 Enklaste sättet vore att repesentera en etta med en hög spänningspuls och en nolla med nollnivån? Linjekodning tar ställning till: synkronisering (mottagaren måste veta när en bit börjar och slutar) representerar signalnivån en etta eller en nolla brus man måste känna till brusets påverkan för att kunna bestämma passliga signalnivåer dämpning att känna till dämpningen påverkar hur signalen tolkas hos mottagaren 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 4 Faktorer som påverkar val av linjekodning signalens spektrum klockningsinformation feldetektering känslighet för störningar kostnad och komplexitet 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 5 RZ en etta representeras av en puls NRZ (NRZ-L) representera det en binära värdet med en negativ puls, den andra med en positiv NRZ-I en etta representeras med en ändring i signalnivån (hög till låg eller låg till hög 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 6

3 Bipolar AMI ingen signal representerar 0 en alternerande negativ eller positiv puls representerar en 1 användning, t. ex telefoni Pseudoternary invers till Bipolar AMI 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin RZ NRZ Bipolar AMI 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 8 Manchester en övergång i mitten av tidsintervallet låg till hög = 1 hög till låg = 0 förser samtidigt klockningsinformation Differential Manchester övergång i början av tidsintervallet = 0 avsaknad av övergång i början av tidsintervallet = 1 övergången i mitten av intervallet förser klockningsinformation 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 9

4 Manchester Differential Manchester 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 10 Övriga format B8ZS samma som bipolar AMI, utom att varje sträng av åtta nollor ersätts med en sträng innehållande två kodfel HDB3 samma som bipolar AMI, utom att varje sträng av fyra nollor ersätts av ett eller två kodfel 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 11 0RGXOHULQJ Bärvåg en kontinuerlig signal med konstant frekvens bärvågen moduleras för att representera data Amplitudmodulering två amplitudnivåer (en av amplituderna ofta 0) frekvensmodulering två olika frekvenser används fasmodulering ändra fasen då en etta skickas fasskiften med 90 grader varje signal representerar två bitar 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 12

5 0RGXOHULQJ /2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 13 7UDQVPLVVLRQVLQUDPQLQJ Visat hur bitar kan överföras när källan är på. Hur visar man att källan är av? RZ, NRZ och AMI använder avsaknad av signal för att representera bitvärdet 0. Lösning: rama in bitarna i meddelandet teckenbaserad inramning bitbaserad inramning En transmissionsram består av meddelande styrdata data för feldetektering Ramarna kan ha konstant eller variabel längd 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 14 7HFNHQEDVHUDGLQUDPQLQJ Kräver specialtecken för överföringen SYN synkroniseringssymbol, skickas mellan meddelanden STX början på texten ETX slut på texten CRC cyklisk redundans check, för feldetektering SYN SYN STX Styrdata Meddelande ETX CRC Transmissionsram SYN 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 15

6 %LWEDVHUDGLQUDPQLQJ Början och slutet av ramen markeras med en sk flagga till exempel (7E hexadecimalt) flaggan får ej förekomma inuti ramen: använd bitfyllnad efter fem 1:or i följd läggs en 0 in, blir mottagaren kan unikt detektera ramens två flaggor och sedan ta bort en 0:a efter varje sträng med fem 1:or i följd Ytterligare användningar 7E kan skickas oavbrutet då sändaren är inaktiv för att bibehålla synkronisering (klockning) på länken (7F) indikerar avbruten sändning 7FF+ visar att länken är inaktiv 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 16 $V\QNURQWUDQVPLVVLRQ sändarens och mottagarens klockor är oberoende (asynkrona) samplingen sker alltså enligt mottagarens klocka en startbit, en fast antal bitar (oftast fem till åtta), möjligen en paritetsbit, och en stopbit mottagaren kan synkronisera till startbiten 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 17 6\QNURQWUDQVPLVVLRQ sändarens och mottagarens klockor synkroniseras man bör kunna bestämma början och slutet på datablocket teckenbaserad och bitbaserad inramning jämförelse av synkron och asynkron transmission effektiviteten låg för asynkron (många kontrollbitar för varje överfört tecken) synkron transmission mera effektiv och därför mera attraktiv 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 18

7 )O GHVNRQWUROO Teknik för att garantera att sändaren inte överväldigar mottagaren med information stop-and-wait flow control sändaren måste vänta på en bekräftelse innan nästa ram kan sändas sliding window flow control sändarfönster sändaren kan sända ett visst antal ramar utan att vänta på bekräftelse om bekräftelse kommer, flyttas fönstret framåt 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 19 )HONRQWUROO Mekanismer för att detektera och korrigera fel Om inte korrigering används, kombineras feldetektering med omsändning Omsändning (automatic repeat request, ARQ) sker vid negativ bekräftelse mottagaren begär omsändning av förlorade eller felaktiga paket avsaknad positiv bekräftelse paket som inte bekräftats före en given tidsfrist antas ha kommit bort 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 20 )HONRUULJHULQJ Forward Error Correction felkorrigering Backward Error Correction feldetektering och omsändning Inkludera tillräckligt med kontrollinformation för att kunna detektera och korrigera felen Hammingkodning t. ex (7,4): 4 bitar skyddas av en tre bitars felkorrigeringskod korrigerings- och detekteringsförmågan beror på Hammingkodningens matematiska egenskaper 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 21

8 )HONRUULJHULQJ Andra korrigeringsmetoder Reed-Solomonkodning faltningskodning (convolutional codes) Problem: kontrollinformationen ökar den överförda informationen acceptabel korrigering reduserar den effektiva bittakten med ca 50 % i allmänhet är feldetektering mera effektivt 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 22 )HOGHWHNWHULQJ När en ram tagits emot, brukar man verifiera att den är korrekt Enklaste kontrollen: en paritetsbit (jämnt antal 1:or i ramen) Cyklisk redundans check lägg / bitar till meddelandet så att det blir jämnt delbart med ett givet tal talet kallas generator och skrivs ofta som ett polynom med koefficienterna 0 och 1: J[à Ã[ / ÃJ / Ã[ / ÃëÃJ Ã[à /WH och WH termerna finns alltid med (koefficienter 1) sannolikheten att en slumpvis sträng av bitar ska uppfattas som en korrekt ram är / 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 23 )HOGHWHNWHULQJH[HPSHO Exempel meddelande 0Ã= P[ = [ [ [ [ [ [ à [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ [ generator J[ Ã[ ÃÃ[ ÃÃÃ(3 bitar CRC) &5&à ÃUHVWÃ^P[Ã[ / ÃÃJ[Ã`à ÃUHVWÃ^[ [ [ [ [ [ à Ã[ ÃÃ[ à `à Ã[à à skicka 0à ÃÃ&5&à à /2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 24

9 2PVlQGQLQJ Tre vanliga strategier 6WRSÃDQGÃZDLW skicka ett paket vänta på bekräftelse vid negativ bekräftelse (eller avsaknad), skicka paketet igen *RÃEDFNÃ1 skicka upp till ett sändfönster med paket vid förlust, skicka om det bortkomna paketet samt alla senare paket 6HOHFWLYHÃUHSHDW skicka upp till ett sändfönster med paket vid förlust, skicka enbart om det förkomna paketet 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 25 2PVlQGLQJ Jämförelse 6WRSÃDQGÃZDLW låg genomströmning: ett paket per rundreseperiod (RTT) sändordning och mottagarordning bibehållen omsändning enbart av tappade paket mottagarbuffert för ett paket *RÃEDFNÃ1 mottagordningen bibehållen, men inte sändordningen stort antal paket kan omsändas vid enstaka förluster 6HOHFWLYHÃUHSHDW vare sig mottagordningen eller sändordningen bibehållen omsändning enbart av tappade paket 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 26,FNHWLOOI UOLWOLJ YHUI ULQJ Omsändning inte alltid möjlig för video och audio fördröjningar längre än vad som är acceptabelt för interaktiv kommunikation absolut leverans av alla data inte heller nödvändig Korrigering av förlust felkorrigerande koder övertäckning för ljud kan man tänja ut signalen så att luckan försvinner för video kan omgivande delar av en bild användas och tidigare bild 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 27

10 ,FNHWLOOI UOLWOLJ YHUI ULQJ Klockåtervinning sändare och mottagare inte synkroniserade Utjämning av fördröjningsvariationer etablera en gemensam tidbas för sändare och mottagare skicka tidmärken i paketen, leverera data till mottande protokoll med samma inbördes avstånd 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 28 6lQGDUNDUDNWlULVWLN Överföring av information kräver transmissionskapacitet i nätet godtyckligt låg felfrekvens endast möjlig då inkommande trafik understiger nätets kapacitet; en dimensioneringsfråga Karaktärisering av sändarna när, hur länge och hur ofta kommunicerar en sändare hur beter den sig under aktivitetsperioderna 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 29 6lQGDUNDUDNWHULVWLN Tidsberoende informationstyper bittakten känd genom digitaliseringen, men kodning ger varierande antal bitar per tidsenhet Tidsoberoende data meddelandestorleken varierar, både från källan och genom datakomprimering sändtakten kan variera (behöver inte ens vara väl definierad) beror på operativsystem, och transportprotokoll 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 30

11 %LWWDNWVUHJOHULQJ Genom att modulera kodningen kan bittakten regleras Lämpliga gränsvärden: högsta bittakt, medeltakt, skurstorlek Gränsvärdena väljs så att moduleringen av bittakten inte stör kvaliteten otillbörligt /MXG HOOHU YLGHR VLJQDO.lOONRGQLQJ (..9 '. )ULWWÃYDULHUDQGH ELWWDNW E( W ) ( ) cwhunrssolqj E( W) µ ( W ) = µ %XIIHUW %HWMlQLQJÃVRPÃUHJOHUDU XWJnHQGHÃELWWDNW µ W W 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 31 'DWDOlQN3URWRNROO Exempel på datalänk protokoll: HDLC (High-level data link control) Q.921 ~ (LAP-D) Link Access Procedure, D channel del av ISDN 10/2/01 Gunnar Karlsson, Bengt Sahlin 32