第7章电器智能化网络
宋政湘
西安交通大学电器教研室
第7章电器智能化网络
7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 数字通信基础
计算机网络基础
电器智能化网络中常用的现场总线电器智能化网络的设计与实施
电器智能化局域网的软件开发
关于网络互连技术的讨论
本章小结
第7章电器智能化网络
7.1 数字通信基础
数字通信是采用数字量进行信息传递和交换的通信方式，是实现计算机通信的基础，也是电器智能化网络中现场设备与后台管理系统之间、各现场设备之间、各不同的局部网络之间传输信息的基本形式。因此，电器智能化网络是一种采用数字通信技术的网络。
本节概要介绍相关的数字通信的基本概念和知识。
第7章电器智能化网络
7.1.1 数字通信系统的基本概念
1.数字通信系统的结构模型与信号传输
根据在信道上传输的信号类别，通信系统分为：
● ● 模拟通信系统：信道传输模拟信号
数字通信系统：信道传输由“0”和“1”表示的数字信号对应电器智能化网络而言，信源和信宿双方都是数
字化设备，信道中承载信息的信号也是数字信号，因此它是一种典型的数字通信系统。
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7.1.1 数字通信系统的基本概念1.数字通信系统的结构模型与信号传输一般数字通信系统的结构模型：
P e = lim
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7.1.1 数字通信系统的基本概念
2.数字通信系统的主要性能指标
1．传输速率：
每秒钟传输的信息量，即二进制的位数。 2．频带利用率
η = 信息传输速率
（bps / Hz ） 频带宽度
η =
符号传输速率 （Baud / Hz ） 频带宽度
3．误码率
误码码元个数 n
N →∞ 传输总码元个数 N
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7.1.2 信道的截止频率与带宽
截止频率：
某一频率分量的幅值在到达接收端时被衰减到原来 的0.707（能量衰减了一半），这个频率即为该信道的截
f C
f C
f C1 f C 2
通信信道一般幅频特性
低通滤波器信道带宽 带通滤波器信道带宽
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7.1.3 信道的最大数据传输速率
信道的数据传输速率：单位时间内信道能传输的二进制数的位数（即比特数）。
奈奎斯特定理：
C = 2B log 2 V (bps)
香农定理：
C = B log 2 (1 + S / N )(bps)
C为信道最大传输速率，B为信道带宽，V=2L，L为信
号包含的比特数（位数），S为信号功率，N为噪声功率。
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7.1.4 数据编码方式
数字通信传递的信息是数据或数据化的信号，其基本单位为只有0或1的二元码码元。在通信网络中，必须以一定的物理形式来表示数据0和1。
模拟数据编码：用模拟信号的不同幅值、不同相位或不同频率来表示数据0和1。
数字数据编码：用高、低电平的脉冲表示数据0和1。
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7.1.4 数据编码方式
1.基带传输数字数据编码 二进制码
1
1 1
0 0
1
单极性平衡非归零码
双极性非归零码
曼彻斯特编码
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7.1.4 数据编码方式
2.模拟数据编码
最常见的模拟数据编码有幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。
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7.1.5 数据信号的传输方式
常见的数据信号传输方式有以下四种：
1．基带传输：
直接按数据波形原来的频率传递数据。
2．载波传输：
对数据进行模拟数据编码后进行传输。
3．宽带传输：
特点是传输速率范围宽（0~400Mbps）。
4．异步传输模式ATM (Asynchronous transfer mode)：把所有信息以一种长度较小且固定的信元来传输。
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7.1.6 多路复用技术
多路复用：在同一传输介质上并列传输若干数据源信号的方法。
常见的多路复用技术有三种：
时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing)：
●
将数据传输周期划分为若干时间片，每个信源占用一个。
频分多路复用FDM(Freqency division multiplexing)：
●
采用频率变换或调制，使不同信源信息具有不同频率。
波分多路复用WDM(Wave Division Multiplexing)：
●
采用不同波长的光波来传输不同信源数据。
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7.1.7 信号传输的同步方式
传输同步方式有两种，异步（Asynchronous ）方式 和同步（Synchronous ）方式。
1．同步方式：可分为位同步、字同步和帧同步。
SYN SYN
字同步方式发 （一个或多个字节）
一组连发的有效字符或数据
送的代码格式
2．异步方式 ：
异步方式 代码格式
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7.1.8 数字通信网络的传输介质
传输介质是连接通信网络中收发双方的物理通路，也是被传送信息的载体。在此简要说明以下4种常用介质。1．双绞线
有较成熟的标准和技术，价格低，安装方便，但抗电磁干扰能力较弱，传输速度不高。
2．同轴电缆
寿命长、频带宽、特性稳定、可靠性高、维护方便、技术成熟。抗干扰能力随传输信号频率增加而提高，适用与高频信号传输。
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7.1.8 数字通信网络的传输介质
3．光纤
频带宽，传输容量大，重量轻，完全不受电磁干扰和静电干扰，保密性好，但光纤通信系统整体价格高。4．无线介质
无线电波传播距离远，但能量随传输距离衰减很快，易受电磁波干扰，频道带宽较低。
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计算机网络基础
7.2.1 计算机通信网络的基本特点
计算机通信网络是一种完成多台计算机之间信息交换的分布式网络，不同于一台主机加多台主机构成的主从式通信系统，更不同于一台计算机带多个终端设备的多用户计算机系统。
计算机网络的特点主要表现为以下三个方面：
（1）连接在网络上的所有计算机独立自治
（2）网络中各计算机相互连接
（3）计算机间信息交换具有物理上和逻辑上的双重含义
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7.2.2 计算机网络的分类与拓扑结构
计算机网络分类方式中，最常见的是按网络拓扑结构和按网络覆盖范围来划分。
本节按网络覆盖范围简单介绍计算机网络的主要类型：
1.局域网（LAN）
2.广域网（WAN）
3.互联网
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7.2.2 计算机网络的分类与拓扑结构
1.局域网（LAN）
与其他网络主要区别：
（1）覆盖物理范围：几百米至十几千米；
（2）网络使用的传输技术：一般使用共享通道，传输介质可以是双绞线、通信电缆、光纤等；
（3）常用的拓扑结构：总线结构和环型结构。
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:
（a ）总线结构
（b ）环型结构