Асинхронна і синхронна передача даних

Передача дискретних сигналів між двома пристроями вимагає синхронності їхньої робо­ти. Це пов'язане з тим, що при передачі довгої послідовності однакових символів (нулів або одиниць) їх кількість (рис. 1) на передавальному та приймальному пристрої може не збі­гатись, оскільки частотні параметри генераторів цих пристроїв різні.

Рис. 1. Поява помилки за рахунок різниці частоти генераторів передавача і приймача пристроїв, де F₁ більше F₂

Для запобігання подібним помилкам використовуються різні способи синхронізації. Зо­крема, при передачі інформації на короткі відстані часто використовують додатковий про­від, яким передаються синхросигнали, однак при великих відстанях такий підхід є економі­чно недоцільним. У цьому випадку синхронізуючі сигнали (символи) передаються лініями передачі даних. Залежно від способу синхронізації, розрізняють канали з асинхронною і синхронною передачею даних. Слід звернути увагу, що термін асинхронна передача не ви­ключає синхронізації, а лише визначає один з її різновидів.

Коли два пристрої намагаються встановити з'єднання один з одним, вони повинні мати у своєму розпорядженні якийсь спосіб контролю потоків даних для того, щоб мати можливість розпізнавати початок і кінець відправлених даних. Потік даних, що передається за допомогою модему на інший кінець з'єднання, може координуватися одним із двох способів. Першим способом синхронізації відправленому і прийнятих на іншому кінці з'єднання сигналів є передача даних в асинхронному режимі.

Асинхронний режим передачі є самим розповсюдженим режимом, використовуваним більшістю звичайних модемів. При асинхронному зв'язку інформація (знаки, цифри або символи), передані від одного пристрою іншому, представляються рядком біт. Кожен рядок відокремлюється від інших рядків за допомогою стартового і стопового біта. Завдяки позначенню стартовим і стоповим бітом кожного переданого символу будь-який пристрій одержує можливість автоматично визначати момент передачі і прийому символу і звільняється від необхідності використання додаткових синхронізуючих сигналів для керування процесом передачі потоку даних.

Одним з недоліків асинхронного режиму передачі є та обставина, що приблизно 20-25 % переданих даних використовуються як службова інформація, що синхронізує обмін даними між пристроями. Альтернативою асинхронному режимові передачі є синхронний.

Синхронний режим передачі припускає введення окремого синхронізуючого сигналу, призначеного для керування передачею блоків символів — "кадрів". У цьому випадку стартові і стопові біти не використовуються. Для ініціалізації процедур передачі даних і перевірки вірогідності отриманих даних використовуються символи синхронізації. На рис. 2 показані структури даних, характерні для асинхронного і синхронного режиму передачі.

Асинхронний режим передачі

стартовий біт

стоповий біт

Cинхронний режим передачі

інформація синхронізації

Рис. 2. Порівняння асинхронного і синхронного режиму передачі даних.

Символи зв'язку коду ASCII орієнтовані на передачу інформації у вигляді заголовка по­відомлення і декількох блоків текстової інформації (рис. 3).

Рис. 3. Структура повідомлення.

Заголовок, по суті, також є блоком, в якому замість тексту міститься адресна і управляюча інформація, необхідна для супроводу текстових блоків. Як роздільники заголо­вка і тексту використовуються управляючі символи: SOH — початок заголовка і STX — початок тексту. При передачі повідомлення, що складається з декількох блоків, кожний з них, крім останнього, закінчується символом ЕТВ — кінець блоку передачі. Наприкінці останнього блоку поміщається символ ЕТХ — кінець тексту.

Управляючі символи визначають структуру пере­даних повідомлень. Безпосередньо для цілей управління передачею використовуються такі символи:

• ENQ — запит (хто там?), використовується для запиту відповіді з боку абонентської системи;

• АСК — підтвердження, передається приймачем як позитивне підтвердження на запит передавача;

• NAK — заперечення, є негативною відповіддю передавачу з боку приймача;

• DLE — перший авторегістр, використовується для розширення функцій управління передачі даних;

• SYN — синхронізація, застосовується для встановлення або підтримання синхронізації в системах передачі даних.

У випадку використання асинхронного методу передачі кожний символ коду ASCII до­повнюється спеціальними службовими символами (рис. 4). Вихідний стан при відсутності передачі даних відповідає рівню логічної одиниці. Цей стан прийнято називати позначенням (MARK). Початок передачі символу пов'язаний з появою стартового біта (START), який відповідає логічному нулю. Потім відбувається передача бі­та даних, починаючи з молодших розрядів. Зауважимо, що при записі коду у двійковому виді його молодші біти розташовуються справа (наприклад, символ S кодується як 1010011).

Рис. 4. Структура символів при асинхронній передачі.

Якщо затримка передачі даних більше визначеного часу, вважається, що канал перейшов до стану розірвання зв'язку (SPACE). Наприкі­нці символу розташовуються два столових біти (STOP), за рівнем відповідні логічній оди­ниці. Потім до приходу наступного стартового біта канал знову переходить до вихідного стану (MARK).

Структура переданих символів впливає на ефективну швидкість передачі даних, під якою розуміють число інформаційних (без службових) біт, переданих за секунду (біт/с). За­гальна швидкість передачі вимірюється в бодах і відповідає всій кількості бітів (включаю­чи і службові), переданих за секунду. Для розглянутого вище (див. рис. 3.17) коду відно­шення ефективної до загальної швидкості передачі складає 7/11, або близько 64%. Таким чином, цей спосіб передачі, званий також "старт-стопним", є досить повільним і використо­вується в основному для передачі інформації телеграфними каналами зв'язку. Широке за­стосування асинхронної передачі пояснюється низькою вартістю апаратури передачі даних, оскільки до неї ставляться менш жорсткі вимоги щодо синхронізації.

У високошвидкісних каналах в основному використовується синхронний спосіб переда­чі інформації, тобто відпадає необхідність вставляння на початок і кінець кожного символу "старт-стопових" бітів. У цьому випадку інформація передається неперервними блоками до­сить великого розміру, що, порівняно з асинхронним способом передачі, дозволяє досягти більш високих швидкостей передачі даних при тих самих параметрах каналу зв'язку.

Взаємна синхронізація передавального і приймального пристрою здійснюється за допо­могою преамбули — спеціальної послідовності символів (10101010.... 101011), яка передує передачі блока даних. Чергування одиниць і нулів розглядається як послідовність синхросигналів, причому дві останні одиниці позначають її закінчення. Із збільшенням довжини тек­стових блоків зростає інтервал між послідовностями синхросигналів, що підвищує імовір­ність появи помилкових символів. Це пов'язано в першу чергу з дрейфом генераторів пере­давача і приймача, усунення якого збільшує вартість апаратури передачі даних. Вибір оптимальної довжини блоків дозволяє за відносно невеликих апаратурних витрат досягти не­обхідного рівня надійності передачі тексту.

Протоколи, використовувані при синхронному режимі передачі, здійснюють функції, що не виконуються асинхронними протоколами. От деякі з них:

· Перевірка вірогідності переданої інформації.

· Форматування даних на кадри.

· Поміщення в лінію зв'язку службової інформації.

Синхронні протоколи використовуються в цифровому середовищі. У світі аналогових сигналів звичайно використовують асинхронний режим передачі. Велика частина інформації передається в мережах також у синхронному режимі. Найпоширенішими синхронними протоколами є протокол двійкової синхронної передачі даних (Binary Synchronous Communication Protocol), протокол синхронного керування каналом передачі даних (Synchronous Data Link Control — SDLC) і протокол високого рівня керування каналом передачі даних (High-Level Data Link Control — HDLC).