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1、数据通信系统设计-数据通信原理课程设计姓 名 学 号 学 院 专业班级 摘要：随着各种网络的发展，数据通信系统的发展也得到了进一步的提高。科技的日新月异，我们对数据通信的要求也越来越高，因此，研究数据通信具有非常重要的意义。本报告简单设计了一种数据通信系统，利用嵌入式设备和终端计算机组成终端设备，通过公共电话网接入网路与中央计算机通信。关键字:数据通信 终端设备 中央计算机ABSTRACTWith the development of a variety of network, data communication systems has also been further improved.
2、 Of technology, data communication, therefore, the data communication has very important significance. Of this report a simple design of a data communication system, the use of embedded devices and computer terminals to form a terminal device, access network and a central computer via the public tel
3、ephone network communication.Keyword:Data communication, terminal equipment, central computer.目录1.绪论12数据终端设备42.1终端设备选择42.2信源编译码42.2.1 HDB3码53 数据链路63.1.OSI参考模型63.1.1物理层(Physical Layer)73.1.2数据链路层(Data Link Layer)73.1.3网络层(Network Layer)73.1.4传输层(Transport Layer)83.1.5会话层(Session Layer)83.1.6表示层(Prese
4、ntation Layer)83.1.7应用层(Application Layer)83.2 差错控制93.2.1 差错控制的方法93.2.2 差错控制的方式93.2.3 本设计的差错控制方案103. .2.4 汉明码113.3 复用技术123.3.1 时分复用124 数据电路144.1 数据电路终接设备144.2嵌入式监控设备与终端计算机的通信144.2.1 RS232144.2.2 RS485154.3 终端计算机与中央计算机的通信164.3.1 调制解调器164.3.2 TCP/IP协议174.4传输信道184.4.1 通信设备184.4.2 通信线路185中央计算机系统195.1中央计
5、算机系统的硬件及其网络连接205.1.1 PC机硬件部分205.1.2 网络数据输入输出205.2 中央计算机系统软件216 总结21参考文献221.绪论数据通信系统是指通过通信线路和通信控制处理设备将分布在各处的数据终端设备连接起来，执行数据传输功能的系统随着计算机网络的出现，数据通信系统的研究没有停下来过。数据通信系统发展经历的阶段：1以电话的广泛应用作为标志的，业务类型是语音，时间从19世纪80年代到20世纪50年代；220世纪60年代，以脉码调制（pulse code modulation,PCM）为基础的数字传送和卫星通信是这一阶段典型的技术，业务类型仍然是语音；3. 20世纪70年
6、代，以数据网络和分组交换技术为特征，业务类型以数据为主。4 开始于1980年，以综合业务数字网络和移动通信为特征，业务类型覆盖了语音、数据、视频、图像等各个领域。 (DTE)中央计算机系统(DTE)数据终端设备计算机网络中，数据通信系统的任务是：把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设。一个完整的数据通信系统，一般有以下几个部分组成：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器。DCEDCE数据电路终接设备数据电路终接设备数据输入输出设备通信控制器主机传输控制器传输信道数据电路数据链路图1.1数据通信系统的基本构成本设计的设计具体系统框图如下：图1-1
7、 数据通信系统的总设计图本设计中各部分的信号处理及所用的公共电话网的结构图如下图1-2 终端设备信号流向及处理框图图1-3 终端计算机与中央计算机通信信号流向及处理框图图1-4公共电话网结构图（简要结构）2数据终端设备数据通信系统中靠近用户一侧的输入、输出设备的总称，如我们的 pc机、笔记本、手机都是数据终端设备，其最大的特点是可以产生数据和接受数据。数据输入输出设备的作用类似电话机，它在发送端把人们的数据信息变成数字代码表示的数据信号，即将数据转换为数据信号；接受端完成相反的工作。即将数据信号还原成数据。另外，数据终端设备还包括传输控制器。传输控制器的作用是完成各种传输控制，如差错控制、终端
8、的接续控制，确认控制，传输顺序控制和切断控制的。这些传输控制，将在第三节的数据链路中介绍，本节不作具体分析。总的来说，数据终端设备（DTE）是一个总称，例如，在发送数据时，DTE可以是我们的键盘。在接收数据时，DTE可以是我们的打印机。2.1终端设备选择本设计的终端设备是嵌入式监控终端与终端计算机组成，因本设计中用到复用技术，可以是嵌入式监控终端群，嵌入式的监控终端如温室监控终端，可以测量温室中的温度湿度，二氧化碳等信息，也可以是视频监控终端。再通过相应的传输网络传送给终端计算机。终端计算机再通过公共电话网与中央计算机通信。2.2信源编译码终端设备输入输出的信息不太适合于信道传输的，因此必须要
9、经过信源编码。信源编码就是一种以提高通信有效性为目的而对信源符号进行的变换；为了减少或消除信源剩余度而进行的信源符号变换。最原始的信源编码就是莫尔斯电码，另外还有ASCII码和电报码都是信源编码。但现代通信应用中常见的信源编码方式有：Huffman编码、算术编码、L-Z编码，这三种都是无损编码，另外还有一些有损的编码方式。信源编码的目标就是使信源减少冗余，更加有效、经济地传输，最常见的应用形式就是压缩。另外，在数字电视领域，信源编码包括 通用的MPEG2编码和H.264（MPEGPart10 AVC）编码等相应地，信道编码是为了对抗信道中的噪音和衰减，通过增加冗余，如校验码等，来提高抗干扰能力
10、以及纠错能力。具体可以参考本文的3.2差错控制。信源译码是信源编码的反过程。信源译码信宿各传输设备及信道线路信源编码信源图2.2 信源编译码框图本设计中，信源编码采用HDB3码。2.2.1 HDB3码HDB3，即High Density Bipolar of order 3code,三阶高密度双极性码。数字基带信号的传输是数字通信系统的重要组成部分。在数字通信中，有些场合可不经过载波调制和解调过程，而对基带信号进行直接传输。采用AMI码的信号交替反转，有可能出现四连零现象，这不利于接收端的定时信号提取。而HDB3码因其无直流成份、低频成份少和连0个数最多不超过三个等特点，而对定时信号的恢复十分
11、有利，并已成为CCITT协会推荐使用的基带传输码型之一。HDB3码的编码规则 先将消息代码变换成AMI码，若AMI码中连0的个数小于4,此时的AMI码就是HDB3码; 若AMI码中连0的个数大于3,则将每4个连0小段的第4个0变换成与前一个非0符号(+1或-1)同极性的符号,用表示(+1+,-1-); 为了不破坏极性交替反转，当相邻符号之间有偶数个非0符号时，再将该小段的第1个0变换成+B或-B,符号的极性与前一非零符号的相反，并让后面的非零符号从符号开始再交替变化。HDB3码的解码规则虽然编码很复杂，但解码规则很简单，就是把原来的取代节（4个连零）找到即可，若3连“0”前后非零脉冲同极性，则
12、将最后一个非零元素译为零，如+1000+1 就应该译成“10000”，否则不用改动；若2连 “0”前后非零脉冲极性相同，则两零前后都译为零，如-100-1，就应该译为0000，否则也不用改动.再将所有的-1变换成+1后，就可以得到原消息代码。3 数据链路在开始本章节之前，我们需要来了解一下OSI参考模型。3.1.OSI参考模型OSI模型，即开放式通信系统互联参考模型，是国际标准化组织(ISO)提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架，简称OSI。网络数据终端设备数据终端设备节点应用程序应用程序应用层表示层会话层运输层数据链路层网络层物理层物理层网络层数据链路层运输层会话层表示
13、层应用层物理层网络层数据链路层图3.1.OSI参考模型分层结构OSI具体的结构如图3.1所示。各终端只要能够提供最底层即物理层的兼容性，便可以实现对话。OSI各层的定义及作用如下：3.1.1物理层(Physical Layer)物理层是OSI参考模型的最低层，它利用传输介质为数据链路层提供物理连接。为此，该层定义了物理链路的建立、维护和拆除有关的机械、电气、功能和规程特性。包括信号线的功能、“0”和“1”信号的电平表示、数据传输速率、物理连接器规格及其相关的属性等。物理层的作用是通过传输介质发送和接收二进制比特流。 物理层典型的协议有RS232C, RS449/422/423, V.24, V
14、.28,X.20和X.21等。3.1.2数据链路层(Data Link Layer)数据链路层是为网络层提供服务的，解决两个相邻结点之间的通信问题，传送的协议数据单元称为数据帧。数据帧中包含物理地址（又称MAC地址）、控制码、数据及校验码等信息。该层的主要作用是通过校验、确认和反馈重发等手段，将不可靠的物理链路转换成对网络层来说无差错的数据链路。数据链路层传送的数据的基本单位是帧，在物理层提供比特流的基础上，数据链路层负责建立数据链路连接，将它上一层的（网络层）传送下来的信息组织成“数据帧”进行传送。此外，数据链路层还要协调收发双方的数据传输速率，即进行流量控制，以防止接收方因来不及处理发送方
15、来的高速数据而导致缓冲器溢出及线路阻塞。 3.1.3网络层(Network Layer)网络层是为传输层提供服务的，传送的协议数据单元称为数据包或分组。该层的主要作用是解决如何使数据包通过各结点传送的问题，即通过路径选择算法（路由）将数据包送到目的地。另外，为避免通信子网中出现过多的数据包而造成网络阻塞，需要对流入的数据包数量进行控制（拥塞控制）。当数据包要跨越多个通信子网才能到达目的地时，还要解决网际互连的问题。网络层的协议有X.25分组级协议。3.1.4传输层(Transport Layer)传输层也称为计算机-计算机层，是开放系统之间的传送控制层，实现用户的端到端的或进程之间的数据透明传
16、输。传输层的作用是为上层协议提供端到端的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。该层向高层屏蔽了下层数据通信的细节，使高层用户看到的只是在两个传输实体间的一条主机到主机的、可由用户控制和设定的、可靠的数据通路。传输层传送的协议数据单元称为段或报文。3.1.5会话层(Session Layer)会话层主要功能是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。会话层得名的原因是它很类似于两个实体间的会话概念。例如，一个交互的用户会话以登录到计算机开始，以注销结束。3.1.6表示层(Presentation Layer)表示层处理流经结点
17、的数据编码的表示方式问题，以保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。如果必要，该层可提供一种标准表示形式，用于将计算机内部的多种数据表示格式转换成网络通信中采用的标准表示形式。数据压缩和加密也是表示层可提供的转换功能之一。3.1.7应用层(Application Layer)应用层是OSI参考模型的最高层，是用户与网络的接口。该层通过应用程序来完成网络用户的应用需求，如文件传输、收发电子邮件等。从OSI参考模型中，我们可以清楚的了解数据链路的意义及作用。3.2 差错控制从3.1的的OSI参考模型中，我们可以知道，数据链路层在整个数据通信系统中起到一个相当重要的作用，一个可靠的通信
18、离不开数据链路的差错控制功能。所谓的差错控制就是对传输的数据进行检测和纠正错误。3.2.1 差错控制的方法方法大概上有以下三种：时间冗余法这种方法是靠占用同一设备与传输介质，花费更多的时间换取传输的可靠性；数据冗余法数据冗余法就是在数据块后附加检错码与纠错码，接收端根据冗余码达到检错与纠错的目的；设备冗余法发送端将同一数据块从不同的信道上传输给接收端，接收端采取表决法来接收。3.2.2 差错控制的方式差错控制就是当传输数据出现错误后，采用某种方法来发现差错，并纠正错误。基本方式有以下4类：反馈重发纠错（ARQ）在发送端要保留未被收端确认的数据，因而设有发送数据缓冲器；接收端的译码器给出检错结果
19、，如果正确控制信宿接收；如若错误发出反馈信息，控制重发机制发送数据。前向纠错（FEC）优点：无需反馈信道；发送端和就收端都不必设数据缓冲器；编码译码器易于大规模集成电路化。缺点：纠错码的纠错能力有限；前向纠错所需的设备比反馈重发要复杂一些。混合纠错（HEC）综合以上两种方式，可以设计出一种混合纠错方式。发送端所发送的码不仅能检错，而且还能够纠错。就收端就收以后，首先检错，如果能够纠正错误，自动加以纠正；如果错误太多，超出纠错码纠错能力，则通过反馈信道要求重发错误数据块。HEC的缺点：由于反馈信道的存在，因此这种方式下该方式不能进行组播或是广播。不用编码的差错控制该方法就是将接收端收到的信息原封
20、不动的通过反馈信道发还给发送端与源信息进行比较，如有错误要求重发，知道接收端确认为止，可限制重发次数。3.2.3 本设计的差错控制方案通过对比，前向纠错（FEC）比较适合本设计的设计条件，也相对使用，故本设计采用前向纠错（FEC）的差错控制。前向纠错（FEC）的工作电路框图如下：信宿纠错码译码器接收机发送机纠错码编码器信源信道噪声源图3.2.3 前向纠错（FEC）工作电路框图在数据链路中存在大量噪音时，FEC可以增加数据吞吐量。通过在传输码列中加入冗余位(也称纠错位)可以实现前向纠错。但这种方法比简单重传协议的成本要高。汉明码利用奇偶块机制降低了前向纠错的成本。因此，本设计具体的差错编码方案采
21、用汉明码。与其他的错误校验码类似，汉明码也利用了奇偶校验位的概念，通过在数据位后面增加一些比特，可以验证数据的有效性。利用一个以上的校验位，汉明码不仅可以验证数据是否有效，还能在数据出错的情况下指明错误位置。当然，前提条件是每一组汉明码的出错最多只能有单比特。不过，在现在的信道环境中，出现突发错误的几率一斤很小了，故汉明码是一套可行的纠错编码方案。3. .2.4 汉明码本设计采用（7，4）汉明码，（7，4）汉明码的码组为 。其中是信息码，是监督码。汉明码的校正子,其监督关系如下：=不难看出，若不等于0，则次汉明码传输过程中出现错误，校正子与错码位置如下表：错码位置错码位置000无错011001
22、101010110100111表 3.2.4 校正子与错码位置对照表因此，当汉明码无错时，有：=编码时，根据上面三个公式，可以推出如1101的汉明码为，同理，解码时，可以先计算是否为0，如果不是，则可以根据表 3.2.4 将相应的码字反转即可得正确的汉明码。3.3 复用技术终端设备很多的情况下，每个设备都拉一条电路到终端计算机系统是十分不明智的，这无疑是浪费时间与金钱的做法。较好解决问题的方法是采用复用技术，复用技术是指一种在传输路径上综合多路信道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程。复用技术常用的有时分复用，空分复用等，本设计中采用时分复用。终端1终端计算机系统复用设备传输信道及设
23、备终端2终端3图3.3-1 复用原理框图3.3.1 时分复用时分复用(TDM，Time Division Multiplexing)就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用。其优点是时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。时分复用技术与频分复用技术一样，有着非常广泛的应用，电话就是其中最经
24、典的例子，此外时分复用技术在广电也同样取得了广泛地应用，如SDH，ATM，IP和HFC网络中CM与CMTS的通信都是利用了时分复用的技术。时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理使连续（模拟）的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也就越多。图17-1表示的是两个基带信号在时间上交替出现。显然这种时间复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离，各个信号就能分别得到恢复。这就是时分复用
25、的概念。此外，时分复用通信系统有两个突出的优点，一是多路信号的汇合与分路都是数字电路，简单、可靠；二是时分复用通信系统对非线性失真的要求比较低。然而，时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题提出了较高的要求。所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。为此，必须在每帧内加上标志信号（即帧同步信号）。它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲。在实际通信系统中还必须传递信令以建立通信连接，如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及振铃信号等信令。上述所有信号都是时间分割，按某种固定方式排列起来，称为帧结构。采用时分复用的数字通信系统，在国际上已逐步建立其标准。原则
26、上是把一定路数电话语音复合成一个标准数据流（称为基群），然后再把基群数据流采用同步或准同步数字复接技术，汇合成更高速地数据信号，复接后的序列中按传输速率不同，分别成为一次群、二次群、三次群、四次群等等。图3.3.1 两个信号的时分复用D1D2D3D1D2D3.D1D2D3表3.3.1 各终端数据在时分复用中所占时隙情况（3终端模式）4 数据电路4.1 数据电路终接设备虽然经过了信源、信道的一系列的编码，但是，出来的信息还是不适合于信道传输，因为信道不一定能接受数字信号，因此，在接入传输信道的时候，数据电路终端设备也就应运而生了。一般根据传输信道的不同会选择不同的数据电路终端设备，例如：如果传输
27、信道是电话线，则数据电路终接设备是调制解调器。本设计中，各嵌入式监控系统与终端计算机之间的通信可以采用串口通信，故再次需要用到的串口通信的相关协议，终端计算机与中央计算机之间的通信是通过接入的公共电话网。故采用调制解调器。4.2嵌入式监控设备与终端计算机的通信嵌入式监控设备与终端计算机之间的通信是通过串口来进行的。在本设计支出，曾设想过几种方案。4.2.1 RS232个人计算机上的通讯接口之一，由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的异步传输标准接口。通常 RS-232 接口以9个引脚 (DB-9) 或是25个引脚 (DB-25)
28、的型态出现，一般个人计算机上会有两组 RS-232 接口，分别称为 COM1 和 COM2。RS232对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V-15V 逻辑0(SPACE)=+3+15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）=+3V+15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压）=-3V-15V 以上规定说明了RS-232C标准对逻辑电平的定义。对于数据（信息码）：逻辑“1”（传号）的电平低于-3V，逻辑“0”（空号）的电平高于+3V；对于控制信号；接通状态（ON）即信号有效的电平高于+3V
29、，断开状态（OFF）即信号无效的电平低于-3V，也就是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检查出来，介于-3+3V之间的电压无意义，低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义，因此，实际工作时，应保证电平在（315）V之间。 EIA RS-232C 与TTL转换：EIA RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA RS-232C 与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件，如MC1488、SN7
30、5150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。MAX232芯片可完成TTLEIA双向电平转换。当初对这一套方案的设想是采用MAX232连接嵌入式监控设备与终端计算机相连。因为篇幅的原因，MAX232的相关参数不再这里说明。4.2.2 RS485我们知道串口RS232有效传输距离为15米，而RS485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/S.无疑，在本设计中RS485方案明显是更优的。RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。
31、通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2V6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。RS-485总线，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号
32、能在千米以外得到恢复。 RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。鉴于RS485的优势，故本设计最终选择的便是此方案。为兼容以前的一些利用RS232接口协议的设备，因此，在本设计中的RS485是通过RS485转换器实现的，具体框图机构如下：MAX232串口通信模块监控设备终端PCRS485转换器图4.1.1 RS485转换器的接入图4.3 终端计算机与中央计算机的通信因为通信的两端皆是利用公共电话网
33、接入网络。因此，通信两端皆需要一个调制解调器。两计算机间的通信采用的是TCP/IP协议。4.3.1 调制解调器调制解调器，是一种计算机硬件，它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的脉冲信号，而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂的语言。这一简单过程完成了两台计算机间的通信。调制解调器的英文是MODEM，它的作用是模拟信号和数字信号的“翻译员”。电子信号分两种，一种是模拟信号，一种是数字信号。我们使用的电话线路传输的是模拟信号，而PC机之间传输的是数字信号。所以当你想通过电话线把自己的电脑连入Internet时，就必须使用调制解调器来翻译两种不同的信号。连
34、入网络后，当PC机向网络发送信息时，由于电话线传输的是模拟信号，所以必须要用调制解调器来把数字信号翻译成模拟信号，才能传送到网络上，这个过程叫做调制。当PC机从网络获取信息时，由于通过电话线从网络传来的信息都是模拟信号，所以PC机想要看懂它们，还必须借助调制解调器这个“翻译”，这个过程叫作“解调”。总的来说就称为“调制解调”。 从调制解调器上出来的的信号便是我们数字终端可以使用的信号，一般我们用双绞线连接到我们的终端设备和中央计算机系统机上（网络的两端）。调制解调器调制解调器信号信号公共电话网图4.1.1调制解调器的接入框图4.3.2 TCP/IP协议TCP/IP是Transmission C
35、ontrol Protocol/Internet Protocol的简写，中译名为传输控制协议/因特网互联协议，又名网络通讯协议，是Internet最基本的协议、Internet国际互联网络的基础，由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP 定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。通俗而言：TCP负责发现传输的问题，一有问题就发出信号，要求重新传输，直到所有数据安全正确地传输到目的地。而IP是给因特网的每一台电脑规定一个地址。与OSI参考模型类似，从协议分层模型方面来讲，TCP/
36、IP由四个层次组成：网络接口层、网络层、传输层、应用层。 当然TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。OSI（Open System Interconnect）是传统的开放式系统互连参考模型，是一种通信协议的7层抽象的参考模型，其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。而TCP/IP通讯协议采用了4层的层级结构，每一层都呼叫它的下一层所提供的网络来完成自己的需求。由于ARPNET的设计者注重的是网络互联，允许通信子网（网络接口层）采用已有的或是将来有的各种协议，所以这个层次中没有提
37、供专门的协议。实际上，TCP/IP协议可以通过网络接口层连接到任何网络上，例如X.25交换网或IEEE802局域网。 TCP/IPOSI应用层应用层表示层会话层网络接口层（又称链路层）传输层网络层（IP）网络层网络接口层（又称链路层）数据链路层物理层表4.3.2 TCP/IP结构与OSI结构的对照表 4.4传输信道传输信道包括各种传输设备以及实际传输的物理信道。4.4.1 通信设备本通信由于采用多传感器到终端计算机，再由终端计算机通过公共电话网接入网络，和同样利用公共电话网接入网络的中央计算机通信，因此设计中需要的通信设备只有终端计算机中与各传感模块之间通信所需的通信接入及中继模块。4.4.2
38、 通信线路电话线 电话线就是电话的进户线，连接到电话机上，才能打电话。在本设计中，由于计算机接入网络的方式是通过公共电话网。所以用到电话线，常见规格有二芯和四芯，线径分别有0.4和0.5，若干地区有0.8和1.0。常见材料（导体）有铜包钢、铜包铝、全铜。其中，达到国家标准的只有采用全铜的电话线。绝缘材料采用高密度聚乙烯或聚丙烯，并按按照国标色谱标明绝缘线的颜色。双绞线 所谓的双绞线（Twisted Pair）是由两条相互绝缘的导线按照一定的规格互相缠绕（一般以逆时针缠绕）在一起而制成的一种通用配线，属于信息通信网络传输介质。双绞线过去主要是用来传输模拟信号的，但现在同样适用于数字信号的传输。双
39、绞线采用了一对互相绝缘的金属导线互相绞合的方式来抵御一部分外界电磁波干扰，更主要的是降低自身信号的对外干扰。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名字也是由此而来。双绞线一般由两根22-26号绝缘铜导线相互缠绕而成，实际使用时，双绞线是由多对双绞线一起包在一个绝缘电缆套管里的。典型的双绞线有四对的，也有更多对双绞线放在一个电缆套管里的。这些我们称之为双绞线电缆。在双绞线电缆（也称双扭线电缆）内，不同线对具有不同的扭绞长度，一般扭线的越密其抗干扰能力就越强，与其他传输介质相比，双绞线在传输距离，信道
40、宽度和数据传输速率等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。本设计中采用的5类线。该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，线缆最高频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100BASE-T和1000BASE-T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式的连接器。这是最常用的以太网电缆。在双绞线电缆内，不同线对具有不同的绞距长度。通常，4对双绞线绞距周期在38.1mm长度内，按逆时针方向扭绞，一对线对的扭绞长度在12.7mm以内。5中央计算机系统中央计算机系统是一个比较笼统的概念，一般我们可以用带有某种功能的计算机来代
41、替，如装有特定软件的个人PC机。因此，中央计算机系统总体来说包含两个方面，一个是硬件方面，一个是软件方面。5.1中央计算机系统的硬件及其网络连接如果没有硬件的支持，中央计算机系统将是一个没有肉身的幽灵。该系统也就没有一个宿体。一个系统的好坏，跟构成这个系统的硬件是息息相关的。中央计算机主机部分5.1.1 PC机硬件部分显示器打印机等输出设备输出键盘鼠标等输入设备输入各种特殊信号的（如蜂鸣器等）输出网络数据输入输出图 5.1.1 PC机的输入输出机构框图在本设计中，PC机可以选用中端档次的计算机。如联想的Y450笔记本。5.1.2 网络数据输入输出因为与设备终端通信的信号是通过公共电话网来传输的
42、，因此，中央计算机系统同样也需要接入公共电话网。再次，我们同样需呀用到调制解调器。调制解调器电话线双绞线PC机图5.1.2 中央计算机系统接入网络示意框图调制解调器与计算机两者间输入输出的数据经过双绞线传递。传到计算机的数据是最底层的1和0，然后经过一些列层的通信协议，将信息转化到计算机可以输出的形式上。相关的过程如设备终端中所用到的终端计算机的相关协议是一样的，实际上，从某个层面上间，其本身就是一样的设备。5.2 中央计算机系统软件实际上，通过网络上传来的数据虽然计算机能够识别，但是却是非常不友好的，因此，为了更好的对数据进行监控、处理，就必须设计出一个无论是操作还是显示都更加友好的软件出来
43、，如我们经常使用的腾讯QQ，便是利用网络让两部计算机通信的。鉴于时间的关系，本设计报告中并没有实际设计出该软件，只是提出了一些概念。其一，该软件必须能够实时显示监控终端的数据。其二，该软件必须能够对监控终端发出指令并能被识别和处理。其三，该软件支持网络连接。其四，该软件必须能够记录一些我们需要记录的数据。以上便是本设计中需要用到的计算机软件的一些大体设计方向。6 总结开始着手本设计时，可真是无所下手，通过了几天的查阅已经老师同学们的帮助，最终使本设计初具模型，但是，本设计还是低水平，漏洞百出的，距离实际使用还是有不小的差距。很多硬件设计方面也仅仅是提出了一个模型。软件方面也只是给出了设计方向。然而，在本次设计中还是得到了很多收获，理解了平时在课堂上学的不太明白的地方，如OSI模型，在课堂上仅仅是知道这个参考模型，而在本次设计中，使我得到了更深刻的理解，特别是数据链路层和物理层。在本设计的最后，我要感谢我的指导老师高XX先生。感谢高老师在本次设计中对我的帮助。对此，我再次表示衷心的感谢。参考文献【1】李宗豪 基本通信原理 北京邮电大学出版社 2006年2月第一版【2】毛京丽 董跃武 李文海数据通信原理北京邮电大学出版社2012年1月第二次印刷【3】 季福坤 数据通信与计算机网路 水利水电出版社 2011年8月 第二版