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數據傳輸

鎖定
數據傳輸就是按照一定的規程,通過一條或者多條數據鏈路,將數據從數據源傳輸到數據終端,它的主要作用就是實現點與點之間的信息傳輸與交換。一個好的數據傳輸方式可以提高數據傳輸的實時性可靠性 [1] 
數據傳輸部分在整個系統中處於重要的地位,相當於人體的神經給身體的各個部位傳輸信號,如何高效地、準確地、及時地傳輸採集模塊採集到的數字信息是一個重要的課題。 [1] 
中文名
數據傳輸 [1] 
外文名
data transmission [1] 
作    用
遠程文件和多媒體信息的傳輸 [2] 
類    別
並行傳輸等 [2] 
應用學科
計算機
通信 [3] 

數據傳輸簡介

數據傳輸是數據從一個地方傳送到另一個地方的通信過程。數據傳輸系統通常由傳輸信道和信道兩端的數據電路終接設備(DCE)組成,在某些情況下,還包括信道兩端的複用設備。傳輸信道可以是一條專用的通信信道,也可以由數據交換網、電話交換網或其他類型的交換網路來提供。數據傳輸系統的輸入輸出設備為終端或計算機,統稱數據終端設備(DTE),它所發出的數據信息一般都是字母、數字和符號的組合,為了傳送這些信息,就需將每一個字母、數字或符號用二進制代碼來表示。 [3] 
常用的二進制代碼有國際五號碼(IA5)、EBCDIC碼、國際電報二號碼(ITA2)等。 [2] 

數據傳輸基本傳輸分類

數據信號的基本傳輸方式有三種:基帶傳輸頻帶傳輸數字數據傳輸 [2] 
基帶傳輸是基帶數據信號(數據終端輸出的未經調製變換的數據信號)直接在電纜信道上傳輸。換句話説,基帶傳輸是不搬移基帶數據信號頻譜的傳輸方式。 [2] 
頻帶傳輸是基帶數據信號經過調製,將其頻帶搬移到相應的載頻頻帶上再傳輸(頻帶傳輸時信道上傳輸的是模擬信號)。 [2] 
數字數據傳輸是利用PCM信道傳輸數據信號,即利用PCM30/32路系統的某些時隙傳輸數據信號。 [2] 

數據傳輸數據傳輸方式

數據傳輸方式是指數據在信道上傳送所採取的方式。如按數據代碼傳輸的順序可以分為並行傳輸串行傳輸;如按數據傳輸的同步方式可分為同步傳輸異步傳輸;如按數據傳輸的流向和時間關係可分為單工半雙工全雙工數據傳輸。 [2] 

數據傳輸並行傳輸

並行傳輸是將數據以成組的方式在兩條以上的並行信道上同時傳輸。例如採用7單位代碼字符(再加1位校驗碼)時可以用8條信道並行傳輸,另加一條“選通”線用來通知接收器,以指示各條信道上已出現某一字符的信息,可對各條信道上的電壓進行取樣,如圖1所示。 [2] 
圖1 圖1
並行傳輸的優點是不需要另外措施就實現了收發雙方的字符同步。缺點是需要傳輸信道多,設備複雜,成本高。所以並行傳輸一般適用於計算機和其他高速數字系統內部,外線傳輸時特別適於在一些設備之間的距離較近時採用。 [2] 

數據傳輸串行傳輸

串行傳輸是數據碼流以串行方式在一條信道上傳輸。在串行傳輸時,接收端如何從串行數據碼流中正確地劃分出發送的一個個字符所採取的措施稱為字符同步 [2] 
串行傳輸的優點是易於實現。缺點是為解決收、發雙方字符同步,需外加同步措施。通常,在遠距離傳輸時串行傳輸方式採用較多。 [2] 

數據傳輸異步傳輸

根據實現字符同步方式的不同,數據傳輸有異步傳輸和同步傳輸兩種方式。 [2] 
異步傳輸是每次傳送一個字符,各字符的位置不固定。為了在接收端區分每個字符,在發送每一個字符的前面均加上一個“起”信號,其長度規定為一個碼元,極性為“0”,後面均加一個“止”信號。對於國際電報2號碼,“止”信號長度為1.5個碼元,對於國際5號碼或其他代碼,“止”信號長度為1或2個碼元,極性為“1”。 [2] 
字符可以連續發送,也可以單獨發送;不發送字符時,連續發送“止”信號。因此,每一字符的起始時刻可以是任意的(這正是稱為異步傳輸的含義),但在同一個字符內各碼元長度相等。這樣,接收端可根據字符之間的從“止”信號到“起”信號的跳變(“1”一“0”)來檢測識別一個新字符的“起”信號,從而正確地區分一個個字符。因此,這樣的字符同步方法又稱起止式同步。 [2] 
異步傳輸的優點是實現字符同步比較簡單,收發雙方的時鐘信號不需要精確的同步。缺點是每個字符增加了起、止的比特位,降低了信息傳輸效率,所以,常用於1200 bit/s及其以下的低速數據傳輸。 [2] 

數據傳輸同步傳輸

同步傳輸是以固定時鐘節拍來發送數據信號的,在串行數據碼流中,各字符之間的相對位置都是固定的,因此不必對每個字符加“起”信號和“止”信號,只需在一串字符流前面加個起始字符,後面加一個終止字符,表示字符流的開始和結束。 [2] 
同步傳輸有兩種同步方式:字符同步和幀同步 [2] 
同步傳輸一般採用幀同步。接收端要從收到的數據碼流中正確區分發送的字符,必須建立位定時同步和幀同步。位定時同步又叫比特同步,其作用是使接收端的位定時時鐘信號和收到的輸入信號同步,以便從接收的信息流中正確識別一個個信號碼元,產生接收數據序列。 [2] 
同步傳輸與異步傳輸相比,在技術上要複雜(因為要實現位定時同步和幀同步),但它不需要對每一個字符單獨加起、止碼元作為識別字符的標誌,只是在一串字符的前後加上標誌序列,因此傳輸效率較高。通常用於速率為2400bit/s及其以上的數據傳輸。 [2] 

數據傳輸單工、半雙工和全雙工傳輸

根據實際需要數據通信可採用單工半雙工全雙工數據傳輸,如圖2所示。通信一般總是雙向的,有來有往,這裏所謂單工、雙工等,指的是數據傳輸的方向。 [2] 
圖2 圖2
單工數據傳輸是兩數據站之間只能沿一個指定的方向進行數據傳輸。如圖2中(a)所示,數據由A站傳到B站,而B站至A站只傳送聯絡信號,前者稱為正向信道,後者稱為反向信道。一般正向信道傳輸速率較高,反向信道傳輸速率較低。 [2] 
遠程數據收集系統,如氣象數據的收集,採用單工傳輸,因為在這種數據收集系統中,大量數據只需要從一端送到另一端,而另外需要少量聯絡信號(也是一種數據)通過反向信道傳輸。 [2] 
半雙工數據傳輸是兩數據站之間可以在兩個方向上進行數據傳輸,但不能同時進行。問詢、檢索科學計算等數據通信系統適用於半雙工數據傳輸。 [2] 
全雙工數據傳輸是在兩數據站之間,可以在兩個方向上同時進行傳輸,適用於計算機之間的高速數據通信系統。 [2] 
通常四線線路實現全雙工數據傳輸;二線線路實現單工或半雙工數據傳輸,在採用頻率複用時分複用回波抵消技術時,二線線路也可實現全雙工數據傳輸。 [2] 

數據傳輸數據交換方式

信息系統間數據交互的模式主要包括socket方式、FTP/文件共享服務器方式、數據庫共享數據方式以及message方式等幾種。 [4] 
1.socket方式
socket方式是比較簡單的交互方式。服務器提供服務,通過IP地址和端口進行服務訪問。客户機通過連接服務器指定的端口進行消息交互。 [4] 
目前,我們常用的http調用,JAVA遠程調用,webserivces,都是採用的這種方式。不同的是傳輸協議及報文格式不同。socket方式具有易於編程、容易控制權限、通用性比較強的優點。 [5] 
2.FTP/文件共享服務器方式
FTP/文件共享服務器方式適合對於大數據量的交互。系統A和系統B約定文件服務器地址、文件命名規則、文件內容格式等內容,通過上傳文件到文件服務器進行數據交互。地方不動產登記信息平台接入部平台進行登記信息上報,採用的就是這種方式。如圖3所示。 [4] 
圖3 圖3
最典型的應用場景是批量處理數據:例如系統A把12點之前把要處理的數據生成到一個文件,系統B第二天凌晨1點進行處理,處理完成之後,把處理結果生成到一個文件,系統A 12點在進行結果處理。這種狀況經常發生在A是事物處理型系統,對響應要求比較高,不適合做數據分析型的工作,而系統B是後台系統,對處理能力要求比較高,適合做批量任務系統。這種方式在數據量大的情況下,可以通過文件傳輸,不會超時,不佔用網絡帶寬。同時,方便簡單,避免了網絡傳輸。 [5] 
3.數據庫共享數據方式
數據庫共享數據方式指系統A和系統B通過連接同一個數據庫服務器的同一張表進行數據交換。當系統A提供數據,請求系統B進行處理時,系統A使用Insert語句向共享表插入數據,系統B通過數據庫trigger觸發或者數據庫鏡像等策略,自動讀取數據進行處理,保證了數據的一致性。 [4] 
這種方式相比文件方式傳輸來説,因為使用的同一個數據庫,交互更加簡單。而且,交互方式比較靈活,通過數據庫的事務機制,還可以做成可靠性的數據交換。但是存在一定缺陷,由於數據庫的連接池是有限的,導致每個系統分配到的連接不會很多,當連接B的系統越來越多的時候,可能導致無可用的數據庫連接;一般情況,來自兩個不同公司的系統,不太會開放自己的數據庫給對方連接,因為這樣會有安全性影響。 [5] 
4.message方式
message方式則是指系統A和系統B通過一個消息服務器進行數據交換。系統A發送消息到消息服務器,如果系統B訂閲系統A發送過來的消息,消息服務器會將消息推送給B。雙方約定消息格式即可。目前市場上有很多開源的JMS消息中間件,比如 ActiveMQ, OpenJMS 等。 [4] 
Java消息服務(Java Message Service,JMC)是message數據傳輸的典型的實現方式。 [5] 
這種方式由於JMS定義了規範,有很多的開源的消息中間件可以選擇,而且比較通用。接入起來相對也比較簡單。同時,通過消息方式比較靈活,可以採取同步,異步,可靠性的消息處理,消息中間件也可以獨立出來部署。但是在大數據量的情況下,消息可能會產生積壓,導致消息延遲,消息丟失,甚至消息中間件崩潰。 [5] 

數據傳輸DCE中的數據傳輸

1.DCE發送部分
DCE發送部分的作用是將終端輸入的二進制代碼編碼,變換成適合傳輸信道傳送的電信號。對於模擬傳輸信道,DCE的發送部分就是調製器,它將二進制數字信號變換成模擬信號,使發送信號的頻譜與傳輸信道的頻帶相匹配,以便數據信號能在傳輸信道中有效地、可靠地傳送。對於數字信道,DCE通常稱作數據服務單元DSU),其發送部分將輸入的二進制數字信號,經過碼型變換和電平變換,使輸出波形適合數字信道的傳輸。 [6] 
2.傳輸信道
傳輸媒體為基礎的信號通路。它可由一種傳輸媒體或幾種不同的傳輸媒體鏈接組成。不同的傳輸信道對數據傳輸速率、傳輸質量影響很大。通常,傳輸信道的分類為: [6] 
  1. 按傳輸媒體可分為有線信道無線信道。有線信道包括明線對稱電纜同軸電纜光纜;無線信道包括微波衞星散射超短波短波信道。 [6] 
  2. 按允許通過的信號類型可分為模擬信道與數字信道。模擬信道允許通過幅值和時間都是連續的模擬信號,如模擬電話信道;數字信道只允許通過離散的數字信號,如脈衝編碼調製(PCM)信道。 [6] 
  3. 按信道特性參數隨時間的變化可分為恆參信道和變參信道。恆參信道的傳輸特性參數變化較慢,在相當長的時間可以把信道參數看成基本不變。通常將有線信道和微波、衞星信道作為恆參信道。變參信道的傳輸特性參數隨時間變化較快,短波、超短波和散射信道都屬於變參信道。 [6] 
  4. 按信道的使用方法可分為專用信道和公用信道。專用信道是兩個DCE之間固定連接的信道。通常是從電信局租用的信道,它適用於短距離或數據傳輸業務量比較大的情況。公用信道是需要通信時才通過交換機接通的信道,也稱交換信道。其特點是通信路由不固定,線路利用率較高,它適用於數據傳輸業務量不太大的情況。 [6] 
3.DCE接收部分
DCE接收部分的作用是將傳輸信道送來的線路信號正確地還原成二進制數字信號。對於模擬傳輸信道,它就是解調器。對於數字傳輸信道,它就是DSU的接收部分。 [6] 
為了提高線路利用率,有時在發送端將若干個低速終端的數據流通過複用器集合成一高速數據流送往DCE的發送部分。接收端將來自DCE的高速數據流通過解複用器分隔出各路的低速數據送至相應的終端。這樣的複用設備(例如時分複用器)也屬於數據傳輸系統的組成部分。 [6] 
參考資料
  • 1.    申時凱.物聯網的技術開發與應用研究:東北師範大學出版社,2017.10:217
  • 2.    毛京麗,董躍武.數據通信原理:北京郵電大學出版社,2015.05:2-14
  • 3.    羅靜.計算機網絡與多媒體:西安電子科技大學出版社,2015.09:5
  • 4.    孔令泰.不動產統一登記實務 連雲港市不動產統一登記實施一週年論文集:中國礦業大學出版社,2017.05:167
  • 5.    張天琪.中國物流專家專著系列 大數據時代農產品物流的變革與機遇:中國財富出版社,2015.07:257-259
  • 6.    欒正禧.中國郵電百科全書 電信卷:人民郵電出版社,1993.09:477