6.6.2. Передача данных через модемы
Телефонные модемы DTE-DCE (рис. 6.30) преобразуют цифровую информацию из программируемого контроллера или компьютера в аналоговый сигнал, который является совместимым с используемыми средствами связи. Сигнал затем передается на приемный модем, который преобразует аналоговый сигнал в цифровой.
Р и с. 6.30. Применение модемов DTE-DCE для передачи цифровой информации
Существует два стандарта телефонных модемных технологий, позволяющих совместить модемы разных производителей: Стандарт Bell и Стандарт CCITT. Большинство модемов в настоящее время соответствует одному или нескольким стандартам CCITT: V.32, V.32bis, V.22 и т.д.
Для обеспечения совместимости модемов согласуются следующие параметры:
скорость передачи данных;
требования DTE-устройств;
вид передачи (асинхронная – ADSL или синхронная – SDSL);
тип интерфейса (RS-232, MIL 188, EIA-449, IEEE 488, CCITT V.24);
тип стандарта связи (UL, CSA, FCC и т.д.);
время ответа модема.
В качестве примера на табл. 6.4 показана зависимость максимальной скорости модемов асинхронной передачи цифровых данных (стандарт ADSL) от числа каналов при использовании выделенной телефонной линии.
Таблица 6.4
Параметры модемов для асинхронной передачи данных по выделенной телефонной линии
Базовая скорость |
Количество каналов |
Скорость |
1,536 Мбит/с |
1 |
1,536 Мбит/с |
1,536 Мбит/с |
2 |
3,072 Мбит/с |
1,536 Мбит/с |
3 |
4,608 Мбит/с |
1,536 Мбит/с |
4 |
6,144 Мбит/с |
2,048 Мбит/с |
1 |
2,048 Мбит/с |
2,048 Мбит/с |
2 |
4,096 Мбит/с |
2,048 Мбит/с |
3 |
6,144 Мбит/с |
Максимально возможная скорость линии зависит от ряда факторов, включающих длину линии и толщину телефонного кабеля. Характеристики линии ухудшаются с увелияяяяячением его длины и уменьшением сечения провода. В табл. 6.4 показаны несколько вариантов зависимости скорости от параметров линии.
Выпускаются интегрированные сервисные модули (ISUS) – оборудование ОСЕ для обслуживания цифровых каналов данных в сети DOS систем point-to-point и point-to-multipoint (рис. 6.31). Модуль ISU составляют два компонента: модуль обслуживания данных (DSU), соединенный по RS-232, и модуль обслуживания канала (CSU), передающий цифровой сигнал по линии связи.
Р и с. 6.31. Передача информации по цифровой линии передачи
Расширение стандарта V.34, позволяющее одновременно передавать данные и голос (DSVD – Digital Simultaneous Voice and Data), обеспечивает одновременную передачу данных и речи за счет мультиплексирования пакетов, подобных пакетам ATM. Такие модемы поддерживают скорость обмена 33600 и 57600 бит/с.
Стоимость модемного канала на выделенной линии складывается из ежемесячных расходов на выделенную линию, которые прямо пропорциональны допустимой скорости связи. Система наиболее эффективна, если максимальная скорость связи модема совпадает с максимально допустимой скоростью передачи выделенного канала, к которому подключен модем. Основные поставщики телефонных модемов: DATA-LINC Group (модемы LLM1000, DLM4000/2400, DLM4000/14.4), Millie Applied Research (137-001, 148-001), Motorola (202T, V.32E), Альфа Телекс (Альфа-Линк 128) и др. [118].
Радиомодемы выпускаются для топологий point-to-point, point-to-multipoint или multipoint-to-multipoint приложений. Для радиомодемов в первую очередь выбирается полоса радиочастот, в которой они работают. Другие важные критерии – время задержки на отклик и требуемая скорость передачи. Одной из разработок фирмы Microwave Data Systems (MDS) являются UHF-радиомодемы, обеспечивающие передачу данных со скоростью до 384 кбит/с в полосе 50...500 кГц в диапазоне 56...512 МГц. Они совместимы с мультиплексорами различных производителей и могут применяться для усовершенствования существующих малоканальных радиорелейных систем, для межзоновой связи в многозоновых, транкинговых системах. Основные производители радиомодемов: ESTeem, DATA-LING Group, Metricom, Microwave Data Systems (MDS), Метран и др. [121].
Сетевые модемы предназначены для интеграции сетей, функционирующих на различных физических линиях, а также для уплотнения информации, поступающей от оборудования полевого уровня. Например, модем М50/200-Р предназначен для уплотнения каналов связи при передаче сигналов телеинформации в четырех (двух) проводных линиях путем выделения надтональной части спектра и последующей низкоскоростной передачи информации (50-200 бод) при одновременном обмене одним речевым и двумя цифровыми потоками информации по независимым каналам. Модем Метран-68 предназначен для реализации сбора данных по HART-протоколу с удаленных точек в SCADA-системах [134].
Спутниковые модемы обычно поставляются и настраиваются владельцем спутника. Если каждое удаленное место связывается со спутником на своей частоте, то потребуются демодуляторы для каждой частоты на мастер-станции. Например, модемы Globalstar используют стандартное программное обеспечение протокола V.32/V42/V42bis и совместимы с операционными системами Windows 95/98/2000/NT, Macintosh OS, UNIX/Linux. Существует несколько типов модемов (GSP1620, GSP1620x1, GSP1620x2), различающихся количеством каналов приема/передачи (1 или 2), длиной кабеля от антенны до модема, исполнением корпуса. Диаметр антенны – 103 мм. Диапазон частот приема/передачи – 2,5/1,6 ГГц, максимальная выходная мощность – 500 мВт. Скорость передачи данных – от 300 бит/с до 115 кбит/с.
Модемы сотовой, мобильной телефонии обеспечивают удаленный доступ к оборудованию АСКУЭ по стандартам GSM/GPRS/EGDE. Более подробно сотовая, мобильная связь описана в подразделе 7.6.
Модемы линий электропитания легко интегрируются в АСКУЭ. Для этого достаточно иметь линию электропитания или другое средство электропитания, интерфейс RS-232 или RS-485. Линии электропитания предназначены для передачи информации между энергообъектами, и здесь их доля составляет около 80%. Поскольку силовые линии были спроектированы исключительно для поставки электроэнергии, технология связи должна справляться с характерными для ЛЭП помехами, генерируемыми оборудованием, а именно модуляцией импеданса; спектральным искажением; пульсацией и скачками напряжения; узкополосной и гармонической интерференцией [119, 120].
Основные из наиболее широко распространённых технологий, используемых в модемах, – FSK (Frequency Shift Keying – частотная манипуляция) и SS (Spread Spectrum – растяжение спектра). FSK обычно уязвима к шумам и искажениям, которые могут появиться в узкой полосе несущей частоты. Схема SS «размазывает» передаваемые данные по доступной полосе частот и собирает исходный сигнал с помощью корреляционного устройства, в котором полученный сигнал коррелируется с опорным сигналом. Распределение данных по всему спектру частот делает сигнал более устойчивым к шумам и помехам. Дополнительные цифровые фильтры и схемы коррекции ошибок увеличивают надёжность связи.
Например, модем МИР МС-01 обеспечивает удаленное подключение интеллектуальных датчиков по кабельным линиям 6-10 кВ. Универсальный модем ЦМТ-3 может подключаться через ЛЭП, по радиоканалу и выделенным линиям к датчикам АСКУЭ, обеспечивая передачу данных со скоростью до 300-600 Бод. Производители модемов линий электропередач: Adaptive Networks (модем AN192STIO), DATA-LINC Group (LCM100-M LCM100-R), Yitran Communications Corp (модем IT800 с контроллером M16C/6S производства Renesas Technology), ПРОСОФТ-E и др.