IL TELEPROCESSO E LA TRASMISSIONE DEI DATI

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Testo

ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE
G. & M. MONTANI
SPINOGATTI DOMENICO 5INFA
IL TELEPROCESSO E LA TRASMISSIONE DEI DATI.
Il teleprocesso, è la tecnica mediante la quale si effettua il collegamento per mezzo di LINEE TELEFONICHE con periferiche geograficamente distanti dal punto di lavoro.
MODELLO DI TELEPROCESSO.

CAPACITA’ DI CANALE E VELOCITA’ DI TRASMISSIONE
Come detto in precedenza il cavo di collegamento, in un sistema di teleprocesso, è il doppino telefonico (twisted pair). Questo è costituito da due fili di rame attorcigliati o, in qualche caso, da quattro fili.Più raramente invece, vengono utilizzati cavi coassiali, fibre ottiche o microonde.
Di seguito riporto la larghezza di banda dei principali mezzi trasmessivi.
VELOCITA’ DI TRASMISSIONE
E’ necessario chiarire le differenze esistenti tra quelle espresse in bit/s e quelle in baud/s.
Se i livelli del segnale dono 2 0 e 1, sen nell’unità di tempo T passano N bit, la velocità di trasmissione è pari as N bit/s
A volte però si utilizzano più livelli per aumentare la velocità di trasmissione senza dover aumentare la banda a disposizione.
I baud contano le variazioni di livello, se utilizziamo 2n livelli la velocità in baud è 1/n baud/s.
CONFIGURAZIONE DI UN SISTEMA DI TELEPROCESSO
La necessità di dover ridurre delle linee per la connessione, in un sistema di teleprocesso, dei diversi componenti ha portato alla realizzazione di diverse configurazioni.
CONFIGURAZIONE PUNTO A PUNTO
In questo tipo di configurazione i componenti si interconnettono individualmente a coppie. La fig. 6 illustra graficamente la forma che adotta in un sistema tipico punto a punto, di un elaboratore con vari terminali remoti.
Questa configurazione è la più semplice e viene utilizzata quando il numero di stazioni remote è limitato e soprattutto quando sono localizzate in punti geografici molto distanti tra di loro.
Ovviamente non si ha alcuna economia di linea.
Una delle due stazioni collegate punto a punto è definita stazione principale mentre l’altra è definita stazione secondaria. Questo perché, nel caso di inizio contemporaneo delle trasmissioni le due stazioni connesse, i sistemi operativi le interrompono per alcuni secondi prima di ricominciare, e poiché l’interruzione della stazione secondaria è superiore a quella della stazione primaria e quest’ultima a prendere il controllo della linea.
CONFIGURAZIONE MULTIPUNTO
In questo tipo di configurazione, varie stazioni utilizzano il medesimo canale di comunicazione, contrariamente a quello punto a punto nel quale si utilizza un canale per ciascuna stazione remota.
Un sistema di teleprocesso di tipo multipunto può risultare molto vantaggioso quando le stazioni si trovano disposte in modo tale che possano funzionare mediante lo stesso canale di comunicazione; per esempio vari terminali localizzati in un medesimo luogo.
Ovviamente, per controllare un sistema multipunto è necessario un multiplexer speciale, il quale deve dirigere e amministrare il circuito di comunicazione. La stazione multiplexer, all’interno dell’elaboratore, che controlla la rete è chiamata stazione principale , mentre le stazioni controllate vengono chiamate stazioni schiave o secondarie. Nella fig. 7 è mostrata la disposizione dei componenti in un sistema di tipo multipunto.
Questo sistema, a sua volta, può suddividersi in due tipi:
1. Centralizzato, nel quale un solo equipaggio di controllo dirige la rete
2. Decentralizzato nel quale tutti i componenti partecipano attivamente al controllo della rete.
In entrambi i casi il sistema deve essere in grado di lavorare simultaneamente con tutte le stazioni, garantendo a ciascuna un tempo di risposta ragionevole. Per ottenere ciò è necessario disporre di terminali intelligenti e con capacità di bufferizzazione per memorizzare i messaggi in attesa di essere abilitati alla trasmissione.
CONFIGURAZIONE A MULTIPLEXER
In questo tipo di connessione si ottiene la multiplexazione di differenti canali di comunicazione in uno soltanto, che però ha una maggiore ampiezza di banda.
Esistono due tipi di multiplexazione:
Multiplex a divisione di frequenza (FDM)
1. Multiplex a divisione di tempo (TDM)
MULTIPLEX A DIVISIONE DI FREQUENZA (FDM)
La larghezza di banda di un doppino telefonico è di circa 1MHz, e la larghezza di banda necessaria ad una normale comunicazione telefonica è compresa tra 300Hz e 3400Hz, da ciò si deduce che si possono inviare contemporaneamente più comunicazioni sulla stessa linea così da sfruttare al meglio tutta la larghezza di banda del cavo telefonico.
Per fare questo si è assegnato a ciascuna comunicazione una banda standard di 4KHz che contiene i 3100Hz necessari per la comunicazione telefonica più una banda di separazione e poi aumentando ciascuna banda rispettivamente di 0,4,8,12KHz, ecc…
All’estremità ricevente le bande vengono separate per mezzo di filtri e poi diminuite di 4KHz per riassumere il valore iniziale.
MULTIPLEX A DIVISIONE DI TEMPO (TDM)
Nella multiplazione a divisione di tempo ad ogni canale è destinato a turno un piccolo intervallo di tempo in cui esso può trasmettere avendo a disposizione l’intera banda del canale.
Una volta ricevute le sequenze esse devono essere demultiplate dall’apparecchiatura ricevente allo scopo di ricomporre le porzioni di messaggi in messaggi completi.
METODI DI TRASMISSIONE DELLE INFORMAZIONI.
La forma che la trasmissione della informazione realizza all’interno del canale di comunicazione può avere diverse configurazioni indicate come: simplex, semi-duplex, full-duplex.

TRASMISSIONE IN MODO SIMPLEX
In questo caso si può solamente trasmettere in un senso unico, ossia solo trasmettere o solo ricevere ma non entrambe le cose.
Nel teleprocesso questo modo di trasmissione è raramente usato poiché non permette alcun tipo di interazione. La sua utilizzazione si limita a quei sistemi nei quali interessa solamente inviare informazioni che non necessitano di risposta.
TRASMISSIONE IN MODO SEMI-DUPLEX (HALF-DUPLEX)
In questo caso il canale è capace di trasferire l’informazione in ambo i sensi (ricevere e trasmettere) però non simultaneamente. E’ un metodo di trasmissione molto comune che però ha lo svantaggio di introdurre ritardi addizionali quando occorre commutare dalla trasmissione alla ricezione e viceversa.
TRASMISSIONE IN MODO DUPLEX-COMPLETO (FULL-DUPLEX)
In un canale che funziona in modo duplex-comleto si può sostenere la comunicazione in entrambi i sensi simultaneamente. Si può dire che è equivalente a due canali funzionanti in modo semi-duplex, uno per trasmettere e l’altro per ricevere, eliminando così la necessità della commutazione. La maggior parte dei sistemi de teleprocesso di bassa e media velocità funzionano in questo modo, specialmente se il supporto è il canale telefonico pubblico.
TRASMISSIONE SERIE E PARALLELO
L’informazione, codificata digitalmente, può essere trasmessa in parallelo o in serie. In un sistema di trasmissione in parallelo, l’informazione viene trasferita un carattere alla volta inviando contemporaneamente in parallelo tutti i bit. Tale tipo di trasmissione viene usato raramente nel teleprocesso (poiché è ovviamente molto costoso), salvo nei casi in cui si richieda una elevata velocità di trasferimento o si debbano ricoprire brevi distanze.
Nella trasmissione seriale, invece, i codici digitali sono trasmessi bit per bit in modo sequenziale, uno per ogni intervallo di clock. Questo è il metodo usato normalmente perché è richiesta una sola linea di comunicazione, ma è necessario che le due stazioni connesse siano dotate di convertitori serie-parallelo e parallelo-serie. Nei dispositivi a microprocessore tali funzioni sono generalmente svolte dalle USART o SIO.

TRASMISSIONE ASINCRONA SINCRONA
La trasmissione seriale è il metodo più usato ed il problema della sincronizzazione viene risolto fornendo sia il trasmettitore che il ricevitore di un clock. E’ il clock che dice al trasmettitore quando trasmettere e al ricevitore quando ricevere l’informazione trasmessa dal trasmettitore.
Nella comunicazione seriale asincrona ciascun carattere da trasmettere è preceduto da uno o due caratteri di start e seguito da uno o più caratteri di stop. Questo tipo di comunicazione seriale viene utilizzata con terminali di bassa e media velocità poiché si adatta perfettamente al ritmo con cui l’informazione (carattere) è generata.
Poiché in assenza di dati la linea si trova a livello alto, il bit di start inizia con una transizione alto-bassa sulla quale il clock del ricevitore si sincronizza. La distanza tra i bit all’interno del carattere è costante.
Il segnale di stop è utilizzato per ripristinare le condizioni adatte al riconoscimento del carattere successivo.
Lo svantaggio delle comunicazioni asincrone sono quelle di dover aggiungere i bit di start e di stop ad ogni carattere comportando un’evidente diminuzione della velocità di trasmissione delle informazioni.
Nella comunicazione seriale sincrona invece, non occorre inserire bit di start e di stop, l’ informazione viene trasmessa in modo continuo ed uniforme in un unico blocco, la sincronizzazione avviene, una sola volta, iniziando la trasmissione con almeno due caratteri di sincronismo (syn); il ricevitore deve solo dividere i gruppi (nel caso di codifica ASCII in 8 bit) per ottenere i caratteri. Il termine del blocco è indicato da un carattere di chiusura.
Questo metodo di comunicazione seriale viene utilizzata quando è richiesta una elevata velocità.
TRASMISSIONE IN BANDA BASE
Quando un collegamento breve tra calcolatori o tra terminali veloci e calcolatori può essere effettuato con una linea privata o dedicata, il segnale digitale può essere inviato direttamente alla linea senza dover subire manipolazioni o traslazioni di frequenza. Avendo a disposizione tutta la larghezza di banda della linea, i possono raggiungere velocità molto elevate. Le distanze raggiungibili dipendono dalla frequenza del segnale, dal livello di emissione e dal diametro dei conduttori.
Tabella delle portate chilometriche per un doppino telefonico.

Se invece si utilizza la linea telefonica, poiché questa generalmente non lascia passare le componenti continue è necessario ricorrere ad appositi tipi di codifica.
TRASMISSIONE I BANDA TRASLATA
Un segnale dati che venga inviato, in banda base, alla rete telefonica pubblica potrebbe occupare una regione al di fuori di quella disponibile, come mostrato nella figura sottostante.
Per ottenere una traslazione della banda, ma anche per modificare l’informazione digitale i modo che possa essere trasmessa attraverso un canale analogico si usa il modem.
Questi dispositivi modem (modulatore/demodulatore) modificano il segnale attraverso la modulazione.
La modulazione è l’operazione mediante la quale un parametro caratteristico di un segnale sinusoidale detto portante, viene fatto variare secondo un altro segnale detto modulante, cui è associata l’informazione da trasferire. Il segnale ottenuto viene detto modulato.
TIPI DI MODULAZIONE.
Esistono tre tipi di modulazione:
1. modulazione di ampiezza (ASK)
2. modulazione in frequenza (FSK)
3. modulazione in fase (PSK)
MODULAZIONE DI AMPIEZZA ASK (Amplitud Shift Keying)
In questo tipo di modulazione l’informazione è introdotta nel segnale portante mediante una variazione dell’ampiezza di quest’ultima.
Nella figura sottostante è mostrato schematicamente come avviene la modulazione di ampiezza.
Matematicamente, la modulazione di tipo ASK può essere riassunta nel seguente modo.
Segnale portante sinusoidale
Ap(t)=Ap sen(2Aft+fp)
Dove Ap è l’ampiezza, f è la frequenza e Dp è la fase che viene considerata nulla.
Segnale modulante digitale:
A1
Am(t)=
A2
Dove A1 quando il bit è uguale a 1 e A2 quando il bit è 0
Una volta realizzata la modulazione il segnale portante modulato è dato dalla seguente espressione matematica.

A1 Ap sen(2Aft) quando il valore del bit è 1

Amp(t)= A2 Ap sen(2 ft) quando il valore del bit è 0
MODULAZIONE IN FREQUENZA FSK
In questo tipo di modulazione il parametro che varia nella portante è la frequenza.
Nella figura sottostante è mostrato schematicamente come avviene la modulazione di ampiezza.
SEGNALE PORTANTE MODULATO
Ap sen(A + )t quando Am(t) = A1 (bit=1)
Amp(t)=
Ap sen(A - )t quando Am(t) = A2 (bit=0)
Dove DD è lo slittamento di frequenza che si introduce nella portante. Il valore di è stabilito per i divesi tipi di modem dal CCITT
MODULAZIONE IN FASE PSK (Pase Shift Keying)
La modulazione in fase immette l’informazione digitale nel segnale portante, variandone la fase.
Esistono due metodi per realizzare questa variazione:
1. Modulazione PSK pura: la fase si modifica rispetto ad un punto iniziale
2. Modulazione DPSK (Differential Phase Shift Keying), il cambiamento è relativo alla fase del segnale nello stato precedente.
SEGNALE PORTANTE SINUSOIDALE:
Ap(t)= Ap sen(2Aft+fp)
Dove Dp è la fase iniziale.
A1 quando il bit vale 1
Am(t)=
A2 quando il bit vale 0
SEGNALE POTEANTE MODULATO IN FASE
Apm(t)=Ap sen(2Afpt+f)

Bibliografia:
Appunti
Libro di testo “Elettronica Digitale”
1

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