工业控制网络(精)

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2.1.1 数字数据编码
归零码（RZ）
归零码在每一位二进制信息传输之后均 返回零电平的编码。
非归零码（NRZ）
非归零码在整个码元时间内维持有效电 平。
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2.1.1 数字数据编码
差分码
差分码用电平的变化与否来代表逻辑“1” 和“0”。 变化为“1” ，不变化为“0” 。
节点进行。中央节点的结构显得比较复杂，
对其要求较高。
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2.4.2 环形拓扑
通过中继器进行点-点连接，构成一个封闭
的环路。中继器接收前驱站发来的数据，发 往后继站。链路是单向的，工作站需有较复
杂的网路处理功能。
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2.4.3 总线拓扑
在总线拓扑中，传输介质是一条总线，工
输，但同一时刻只限于一个方向传输 。
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2.3 通信方式
全双工通信（full Duplex communication）
能同时作双向通信。通信效率高，控制简 单，但结构较复杂，成本较高。
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2.3 通信方式
发送 单相信道 (a) 单工通信 发送 接收 单相信道 (b) 半双工通信 发送 接收 双相信道 (c) 全双工通信 图 2-4 几种通信方式 接收 发送 接收 发送 接收
验系统中也采用多点连接方式 。
地理范围：光纤信号衰减极小，它可以
在6～8km距离内不使用中继器，实现高速
率数据传输。
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2.5.3 光缆的主要特性
抗干扰性：光纤不受外界电磁干扰与噪
声的影响，能在长距离、高速率传输中保 持低误码率。双绞线典型的误码率在10-5～ 10-6 之间，基带同轴电缆为 10-7，宽带同轴 电缆为10-9，而光纤误码率可以低于10-10。 光纤传输的安全性与保密性极好。
卫星通信（特殊的微波通信系统）
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2.5.4 无线通信信道的主要特性
微波通信——工作频率为109～1010Hz，局域
网络可直接利用微波收发机进行通信，或作 中继接力，扩大传输距离。
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2.5.4 无线通信信道的主要特性
红外线 —— 工作频率为 1011 ～ 1014Hz ，通
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2.2.2 载波传输
载波传输采用数字信号对载波进行调制 后实行传输。最基本的调制方式有上述的
幅度键控 ASK 、频移键控 FSK 、相移键控
PSK三种。
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2.2.3 宽带网
宽带网与基带网的主要区别：
数据传输速率不同，基带网的数据速率范围为
0～10 Mb/s，宽带网可达0～400 Mb/s；
来传输一束经过编码的光信号。光纤传输 速率可达几千Mb/s。单模光纤是指光纤的 光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单 光纤传输，而多模光纤的光信号与光纤轴 成多个可分辨角度的多光线传输。单模光 纤性能优于多模光纤。
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2.5.3 光缆的主要特性
连通性：普遍采用点 - 点方式，在某些实
单工通信（simplex
communication）
单工，就是指传送的信息始终是一个方 向，而不进行与此相反方向的传送。单工 通信线路一般采用二线制。
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2.3 通信方式
半双工通信（ half-duplex
communication ）
半双工通信是指信息流可在两个方向上传
传送数据的基带信号，即按数据波的原样 进行传输，不包含有任何调制，它是最基 本的数据传输方式。
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2.2.1 基带传输
基带传输特点：
不用调制解调器
系统价格低廉
较高的数据传输速率（一般为1Mb/s～10
Mb/s） 传输距离一般不超过25km 半双工方式或单工方式
限制在几公里范围内，而宽带同轴电 缆最大距离可达几十公里。
价格：同轴电缆造价介于双绞线与
光缆之间，维护方便。
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2.5.3 光缆的主要特性
光缆是网络传输介质中性能最好、应用前途广泛的一种。
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2.5.3 光缆的主要特性
物理特性：光纤是一种直径为 50 ～ 100μm
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2.4 网络拓扑结构
网络拓扑结构是指网络中节点的物理连接形式。

星形
环形 总线形

树形
不规则形 完整形




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2.4 网络拓扑结构
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2.4.1 星形拓扑
在星形拓扑中，每个站通过点-点连接到 中央节点，任何两站之间通信都通过中央
影响很大，这些特性主要包括：
物理特性：传输介质物理结构的描述；
传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号
以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；
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2.5 网络的传输介质
连通特性：允许点-点或多点连接； 地理范围：传输介质最大传输距离； 抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干
差 分 码
图 2-2 差分码
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2.1.1 数字数据编码
1 0 0 1 0 1 1
数据
时钟
曼彻斯特编码 图 2-3 曼彻斯特编码过程与波形
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2.1.2 模拟数据编码
模拟数据编码的三种编码方法：
幅度键控ASK（amplitude-shift 频移键控FSK（frequency-shift 相移键控PSK（phase-shift
芯）、绝缘层、外导体（铜网）及外部保 护层（外绝缘层）组成。同轴介质的特性 参数由内、外导体及绝缘层的电参数和机 械尺寸决定。
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2.5.2 同轴电缆的主要特性
传输特性：基带同轴电缆一般仅用于数
字数据信号传输。宽带同轴电缆可以使用
频分多路复用方法，支持多路传输。只用
于一条通信信道的高速数字通信，此时称
多点连接。
地理范围：双绞线用作远程中继线时，最大距
离可达15km；用于10Mb/s局域网时，与集线器的
距离最大为100m（单网段）。
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2.5.1 双绞线的主要特性
抗干扰性：双绞线的抗干扰性取决于一
束线中相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽。
在低频传输时，其抗干扰能力相当于同轴
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2.5.1 双绞线的主要特性
传输特性：双绞线最普遍的应用是语音
信号的模拟传输。在一条双绞线上使用频
分多路复用（multiplexing）技术可以进行
多个音频通道的多路复用。
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2.5.1 双绞线的主要特性
连通性：双绞线可以用于点 -点连接，也可用于
数据编码——通信系统中以何种物理信号的形式来表达数
据。
模拟数据编码：用模拟信号的不同幅度、频率、相位来表
达数据的0、1状态。
数字数据编码：用高低电平的矩形脉冲信号来表达数据的
0、1状态。
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2.1.1数字数据编码
单极性码
信号电平是单极性的。
双极性编码
信号电平为正、负两种极性的。
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2.5 网络的传输介质
传输介质是网络中连接收发双方的物理
通路，也是通信中实际传送信息的载体。
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2.5 网络的传输介质

电话线
同轴电缆 双绞线

光导纤维电缆
无线 卫星通信




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2.5 网络的传输介质
传输介质的特性对网络中数据通信质量
工业控制网络 （现场总线）
第2章 数据通信与计算机网络基础
2.1 数据编码
2.2 信号的传输方式
2.6 介质访问控制方式
2.7 计算机网络硬件
2.3 通信方式
2.4 网络拓扑结构 2.5 网络的传输介质
2.8 网络软件
2.9 参考模型
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2.1 数据编码
码元——所传输数据的基本单位。
电缆。在10～100 kHz时，其抗干扰能力低
于同轴电缆。
价格：价格低，并且安装、维护方便。
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2.5.2 同轴电缆的主要特性
同轴电缆是网络中应用十分广泛的传输介质之一。有线电视线。
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2.5.2同轴电缆的主要特性
物理特性：同轴电缆由内导体（电缆铜
过发送或接收信号调制的非相干红外线， 即可形成一条通信链路。只要收发机处在
视线内，就可以准确地进行通信，方向性
很强，几乎不受干扰。
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2.3 通信方式
2.3.1单工通信（simplex communication）
2.3.2半双工通信（half-duplex communication）
2.3.3全双工通信（full-duplex communication）
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2.3 通信方式
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2.5.3 光缆的主要特性
价格：目前光纤价格高于同轴电缆与双
绞线。由于光纤具有低损耗、宽频带、高 数据传输速率、低误码率、安全保密性好 等特点，因此，它是一种最有前途的传输
介质。
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2.5.4 无线通信信道的主要特性
微波通信 红外通信
激光通信
的柔软、能传导光波的介质，各种玻璃和塑 料可以用来制造光纤，其中用超高纯度石英 玻璃纤维制作的光纤可以得到最低的传输损 耗。在折射率较高的单根光纤外面用折射率 较低的包层包裹起来，就可以构成一条光纤 通道，多条光纤组成一束就构成光纤电缆。
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2.5.3 光缆的主要特性
传输特性：光导纤维通过内部的全反射
作站通过相应硬件接口接至总线上。一个站 发送数据，所有其它站都能接收。
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2.4.4 树形拓扑
树形是总线形的扩展，传输介质是不封闭 的分支电缆。和总线拓扑一样，一个站发送
数据，其它站都能接收。树形结构非常适合
于分主次、分等级的层次型管理系统。
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2.4 网络拓扑结构
keying） keying）
keying）
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2.1.2 模拟数据编码
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2.2 信号的传输方式
2.2.1基带传输
2.2.2载波传输
2.2.3宽带网 2.2.4异步传输模式ATM
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2.2.1 基带传输
基带传输就是在数字通信的信道上直接
曼彻斯特编码（Manchester
Encoding）
码元本身分为两半，前半个时间段所传信 号是该时间段传送比特值的反码，后半个时 间段传送的是比特值本身。
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2.1.1 数字数据编码
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2.1.1 数字数据编码
0 绝 对 码 1 1 0 0 1 0 1
之为单通道宽带。
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2.5.2 同轴电缆的主要特性
传输特性：特征阻抗， 50Ω ， Ethernet 使
用，基带传输，10Mb/s；75Ω，CATV使用， 模拟信号传输， 400 MHz ，使用频分多路 复 用 FDM(frequency-division multiplexing) 技术，也可以传输数字信号。
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2.5.2 同轴电缆的主要特性
连通性：支持点 - 点连接，也支持多点连
接。宽带同轴电缆可支持数千台设备的连
接；基带同轴电缆可支持数百台设备的连
接。
抗干扰性：它的结构使得它的抗干扰能
力较强。
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2.5.2 同轴电缆的主要特性
地理范围：基带同轴电缆最大距离
扰对传输数据影响的能力；
相对价格：器件、安装与维护费用。
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2.5.1 双绞线的主要特性
无论对于模拟数据还是对于数字数据，双绞线都是最通用的传输 介质。电话线路就是一种双绞线。
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2.5.1 双绞线的主要特性
物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排
列的两根或四根绝缘线组成。一对线可以 作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的 目的是使各线对之间的电磁干扰最小。
宽带网可划分为多条基带信道，提供良好的通信
路径。
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2.2.4 异步传输模式ATM
ATM（asynchronous transfer mode）是实
现高速网络的主要技术。速率可达 155 Mb/s
到2.4Gb/s，也有25 Mb/s和50 Mb/s的ATM技
术，可适用于局域网和广域网。