terug naar introscherm

Handleiding BUS-systemen en datacommunicatie

Inleiding.
Door de snelle ontwikkeling van de informatica-, automatiserings- en telecommunicatie-technieken, zijn de laatste jaren nog al wat veranderingen ontstaan in verschillende vakgebieden.
Op het gebied van de elektrische installatie techniek begint zich de laatste jaren een aantal ontwikkeling af te tekenen die gebaseerd zijn op deze nieuwe technieken.
Tot op heden worden elektrische systemen in- en uitgeschakeld met een simpele schakelaar. Voor bijzondere schakelingen zijn evenzo bijzondere schakelaars en schakelcircuits ontwikkeld. Maar al deze oplossingen maken de schakeling soms nodeloos ingewikkeld. Door de opkomst van de PLC en de mogelijkheden die de Personal Computer ons biedt, zijn er een aantal nieuwe toepassingen ontstaan. Hierdoor wordt het gebruik van schakel-, regel- en meetapparatuur veel beter te beheersen en te automatiseren.
De combinatie van telecommunicatie en informatica, ook wel telematica genoemd, bieden ons de mogelijkheid met simpele handelingen ingewikkelde schakelingen te bedienen.
Daartoe wordt gebruik gemaakt van een systeem dat we het bussysteem zijn gaan noemen. De betekenis van het woord bus is Binary Unit System. Zoals het woord al aangeeft werkt een bussysteem met digitale toepassingen.

1. Systeemindeling
Omdat elke fabrikant van schakelmateriaal hierin zijn eigen ideeën heeft, zijn er een aantal verschillende systemen ontwikkeld. Een gedeeltelijke standaardisatie begint zich af te tekenen, maar wellicht dat in de toekomst één of twee werkelijke standaards zullen overblijven. We kunnen echter toch wel, naar gelang de toepassingen, twee systemen onderscheiden.
Het eerste systeem, het Domotica systeem wordt bij kleinere installaties gebruikt en heeft slechts een beperkt aantal mogelijkheden. Bij kleinere installaties moeten we denken aan huisinstallaties en kleinere bedrijfsinstallaties. Een domotica systeem is betrekkelijk goedkoop en eenvoudig te installeren en te programmeren. Een domotica systeem wordt voornamelijk in gebouwen toegepast en daarom ook wel een gebouwensysteem genoemd.
Het tweede systeem, het Immotica systeem wordt het meest toegepast in grotere installaties en installaties die zeer uitgebreide en ingewikkelde schakelvoorzieningen nodig maken. De kosten van Immotica systemen ligt aanzienlijk hoger maar het aantal mogelijkheden is dan ook aanzienlijk groter. Het installeren en het programmeren vergt wel meer kennis en ervaring. Immotica systemen worden in industriële omstandigheden toegepast en worden daarom ook wel industriële-systemen genoemd.

2. Basis principes
Het principe van de werking van een bussysteem bestaat uit het besturen van een geprogrammeerde PC of PLC door middel van een digitaal signaal. Een bussysteem bestaat uit een elektrische installatie waaraan een besturing via een aparte kabel is toegevoegd. Het regelen, instellen, in- en uitschakelen van groepen of delen van de installatie wordt door de besturingseenheid bestaande uit een PC of PLC gedaan. De aansturing van de besturingseenheid geschiedt door middel van de bus bekabeling. Op deze bekabeling komt via besturingsschakelaars of sensoren, een digitaal signaal te staan dat door de besturingseenheid wordt herkend als een opdracht. Een vergelijking is te maken met een toetsenbord van een PC waarop bijvoorbeeld de letter A wordt aangeslagen. Door het keyboard wordt deze toetsaanslag omgezet in een binair signaal. Dit binaire signaal gaat via de keyboardkabel naar de PC. In de PC wordt het binaire signaal herkend en omgezet naar een letter A op het beeldscherm.
We kunnen met een sensor of schakel element in een bussysteem hetzelfde doen. Door het indrukken van een schakelaar of het inschakelen van een sensor wordt een digitaal signaal op de buskabel gezet. Dit signaal komt terecht in de besturingseenheid. Deze herkent de binaire waarde en voert de daarbij behorende opdracht uit.
Omdat we meestal werken met een binair signaal dat uit meerdere bits bestaat, krijgen we de mogelijkheid meerdere commando's vast te leggen. Een conventionele schakelaar of sensor heeft ruwweg slechts twee waarden, IN of UIT.
Met een sensor of schakelaar in een bussysteem kunnen we andere afspraken maken. Stel dat we een binair signaal van 8 bits gebruiken. Dit wil zeggen dat bij iedere keer dat de sensor of schakelaar bekrachtigd wordt, er 8 bits data op de buskabel gezet worden. Met een binair signaal van 8 bits hebben we 2⁸ = 256 mogelijkheden. Omdat we op een buskabel meerdere sensoren of schakelaars aansluiten moeten we van deze 256 mogelijkheden er een aantal reserveren om te kunnen identificeren welke schakelaar of sensor het 8-bits binaire bericht op de buskabel heeft gezet. Als we van de 8 bits er vijf reserveren voor identificatie kunnen we 2⁵ = 32 verschillende schakelaars en/of sensoren benoemen. Dan blijven er nog 2³ = 8 mogelijke schakelcommando's over. Onder schakelcommando's moeten we dan denken aan IN, UIT, Pulsgever, knipperen, moment enzovoort.
Als we bijvoorbeeld schakelaar nummer 10 willen identificeren dan krijgt deze het binaire getal 01010. En als voor het commando IN de 3 bitscode 001 wordt gebruikt dan zal op de bus het signaal met de 8 bitwaarden 01010001 verstuurd worden.

3. Besturings eenheid
Een commando dat door een schakelaar of sensor verstuurd is, zal door een besturingseenheid herkend moeten worden. Afhankelijk wat het commando is en wat er precies uitgevoerd moet worden, wordt vervolgens door een besturingseenheid een uitgang aangestuurd. Er zijn verschillende besturingseenheden. Voor het aansturen van licht kunnen we met een betrekkelijk eenvoudige eenheid werken. Voor het aansturen van motoren of speciale uitgangen hebben we soms een andere eenheid nodig. Daarom zien we bij sommige bussystemen twee soorten besturings eenheden die elk hun specifieke eigenschappen hebben. Een belangrijk verschil bestaat uit de reactie op een spanningsuitval. Als het om de besturing van licht gaat, kan na het terugkomen van de spanning, de oude toestand hersteld worden. Met andere woorden, licht dat aan was gaat weer branden, licht dat uit was blijft uit. Als dit ook het geval zou zijn bij de besturing van motoren dan kunnen we problemen verwachten. Daarom zal een besturingseenheid die motoren aanstuurt na spanningsuitval niet direct de motor weer in mogen schakelen. Eerst moet handmatig de neutrale stand teruggebracht worden en dan kunnen we weer omschakelen op het bussysteem.

4. Immotica systemen
Binnen de Immotica systemen kennen we enkele belangrijke bussytemen. Dit zijn de ASI-bus, Profibus en Batibus. Deze drie systemen zijn al zo ver dat ze een defacto standaard aan het vormen zijn. Dit wil zeggen dat ze niet fabrikant afhankelijk zijn.
Een aantal grote fabrikanten heeft op deze manier een standaard gezet die in de praktijk al een soort algemeen aanvaarde standaard wordt, vandaar de naam defacto standaard.
Voor een goede standaard is het vereist dat de verschillende systemen met elkaar kunnen communiceren. En als de communicatie goed verloopt dan is de uitwisselbaarheid van de apparatuur mogelijk en zijn we niet meer afhankelijk van één systeem en één fabrikant.

5. Domotica systemen.
Voor bussystemen in (kleine) gebouwen hebben we de beschikking over EIBus en Batibus. Ook Profibus wordt in deze omstandigheden toegepast. Daarnaast is er de Niko-bus met een totaal eigen oplossing voor bustoepassing binnen kleine gebouwen.
Bij woningbouw en utiliteitsbouw wordt gebruik gemaakt van de kleinere bussystemen.

terug naar introscherm

6. Botsingen en blokkering op de bus
Met meerdere sensoren en schakelaars op dezelfde buskabel, is het niet te voorkomen dat op een bepaald moment twee of meer schakelaars of sensoren tegelijk een binair signaal op de bus proberen te zetten. Dit kan leiden tot een blokkering van het hele systeem. Als er sensor of schakelaar vast blijft zitten en constant zijn bitpatroon op de bus zet, kunnen andere sensoren niet meer communiceren met de besturingseenheid. En dit kan altijd gebeuren door allerlei externe oorzaken of zelfs sabotage. Daarom moet in het systeem een beveiliging ingebouwd worden die dit soort blokkeringen voorkomt. Als er eens twee signalen tegelijk op de bus komen is dit niet zo erg. Als het licht of de motor niet reageert dan zal de bedienaar nog wel een keer de sensor of schakelaar bekrachtigen. En de kans dat twee bedienaars die meerdere malen achter elkaar tegelijk blijven doen is niet zo heel groot. Maar als een sensor signalen achter elkaar op de bus blijft plaatsen, dan moeten we dit opvangen. Vaak zien we dat in de sensor een blokkeringssyteem is ingebouwd dat er voor zorgt dat na een bepaalde tijd geen signalen meer mogen worden afgegeven. Met andere woorden, een sensor of schakelaar mag slechts gedurende korte tijd achter elkaar zijn bits op de kabel zetten en moet dan enige tijd 'zwijgen'.

7. Datacommunicatie
Voor het transporteren van digitale informatie maken we gebruik van communicatiewijzen die we met de verzamelnaam Datacommunicatie aangeven.
Het is niet altijd mogelijk direct een digitaal signaal op een kabel te plaatsen. Door inductieve en capacitieve eigenschappen van kabelparen zullen de rechthoekige pulsvormen van de digitale signalen al vrij snel afgerond worden. Volgens Fourier bestaat een blokvormig signaal uit een groot aantal (minstens 15) oneven harmonischen. Dit wil zeggen dat een kabel voor een blokvormig signaal met een grondfrequentie van 5 MHz en bandbreedte nodig heeft van 15 maal deze grondfrequentie, 75 MHz. Naarmate de af te leggen weg voor het digitale signaal langer is, zal de oorspronkelijke blokvorm steeds meer over gaan in een sinusvorm. Dit komt doordat vooral de hogere harmonischen gedempt worden. En een sinusvormig signaal is niet meer herkenbaar voor een digitale toepassing zoals een computer die nodig heeft.
Binnen de Datacommunicatie wordt veel aandacht besteed aan afspraken omtrent de manier waarop de signalen tussen twee of meer punten moeten worden uitgewisseld. We noemen dit protocollen. En bij het werken met digitale apparatuur moeten we rekening houden met kloksnelheden en synchronisatie.
Op sommige datacommunicatiekanalen is het onmogelijk met digitale signalen te werken. Dan maken we gebruik van modulatie om het digitale signaal om te zetten naar een analoog signaal. Analoge signalen zijn beter over een kabel te versturen omdat zij slechts een beperkte bandbreedte nodig hebben.
Het omzetten van digitale signalen naar een analoge waarde en weer terug, noemen we moduleren en demoduleren. De interface die we hiervoor gebruiken wordt aangegeven met een samenvoeging van het woorden MOduleren en DEModuluren, MODEM.
Voor het werken met modems is ook een aantal protocollen beschikbaar.

8. Normalisatie en OSI-model
Door de International Standard Organisation is een model ontwikkeld waaraan datacommunicatie tussen twee uiteinden (terminals) moet voldoen. Opzet was te komen tot een universele manier om gegevens van het scherm van de ene computer precies zo op het scherm van de computer aan het andere eind van de lijn te krijgen. Dit is nodig omdat de fabrikanten vaak eigen interpretaties hebben bedacht van digitale codes en daardoor kon het voorkomen dat een stuk tekst totaal verminkt overkwam. Bij tekst is dit nog niet zo direct funest maar bij commando's of opdrachten kan een foute interpretatie onherstelbare gevolgen hebben. Voor teksten maken we meestal gebruik van twee soorten coderingen voor het overbrengen ven letters, cijfers en leestekens. De ASCII code die van 7 bits gebruikt maakt (2⁷ = 128 mogelijkheden) en de EBCDIC code die van 8 bits gebruik maakt (28 = 256 mogelijkheden). Als een station zendt met de ASCII code terwijl het ontvangende station verwacht dat de EBCDIC code gebruikt wordt, dan hebben we al een probleem. Vandaar dat goede afspraken (protocollen) absoluut noodzakelijk zijn om de communicatie goed te laten verlopen. We zeggen dat de communicatie 'transparant' moet zijn ofwel de ontvangen informatie moet als het ware op de verzonden informatie gelegd kunnen worden en dan identiek blijken te zijn.

Daartoe is het verzenden van data van een PC naar een ander onderverdeeld in 7 stappen. Elk van deze stappen voert een bepaalde bewerking uit met de te versturen data. Dit kan ook een 0-bewerking zijn maar dat is afhankelijk van de verschillen en overeenkomsten tussen de zender en de ontvanger. Elke laag heeft als het ware een interface die de data aanpast in de verlangde vorm. Zo zal in het geval er ASCII code gebruikt wordt en er EBCDIC code verwacht wordt een interface ingeschakeld moeten worden die de vertaling ASCII - EBCDIC voor zijn rekening neemt. In de lagenstructuur vindt ook de foutencontrole en de transmissie snelheid aanpassing plaats. Te hoge snelheden worden in een buffer opgevangen en geconstateerde fouten worden verbeterd door herhaling te vragen. Al dit soort dingen is geregeld in het OSI-model.

9. Synchrone communicatie
Voor het verzenden van digitale signalen hebben we altijd te maken met een klok ofwel met synchronisatie. De uitdrukking 'asynchroon' wil dan ook niet zeggen dat er geen synchronisatie nodig is. Met de uitdrukking 'asynchrone communicatie' bedoelen we een manier van dataoverdracht waarbij de ontvangerklok wordt aangestuurd door het binnenkomende signaal. De meest voorkomende vorm van asynchrone communicatie vindt plaats door middel van het 'start-stop-frame'. Hierbij wordt steeds een vaste afgepaste hoeveelheid data genomen en als een eenheid verstuurd. Nemen we als voorbeeld de ASCII code. Deze bestaat uit 7 bits en heeft een vastgelegde betekenis. Als we nu voor deze 7 bits een startcode plaatsen en na de 7 bits een stopbit dan hebben we een frame van 9 bits waarvan we precies kunnen nagaan welke informatie er in zit. Dit houdt wel in dat de hoeveelheid te versturen data met 2 bits is toegenomen. Maar dat nadeel weegt zonder meer op tegen de betrekkelijk grote zekerheid dat het signaal goed overkomt. Vaak zien we dat er nog gebruik gemaakt wordt van een foutcontrole door een pariteitsbit mee te sturen. Dit bit vult het aantal enen in de code aan tot een even of een oneven getal al naar gelang het protocol voorschrijft. Bij de ASCII code levert dit dan al weer 10 bits op voor een enkele letter die we moeten versturen. We zien dat van elke 10 bits er maar 7 gebruikt worden voor informatieoverdracht en dat er 3 eigenlijk geen waarde toevoegen aan de informatie. Deze extra bits noemen we 'redundant bits'.
In protocollen worden de instelling voor asynchrone communicatie weergegeven met parameters. Zo zal een snelheid van 9600 bps, even pariteit, 7 databits en 1 stopbit aangegeven worden door de parameters 9600 E 7 1.
De in- en uitgang vanuit de PC gaat via het koppelvak RS232C of V.24. Het verschil tussen deze twee standaarden bestaat uit het feit dat bij een RS232C poort naast de pinbezetting ook de spanningswaarde vastgelegd is (Amerikaanse standaard) terwijl bij de V.24 alleen maar de pinbezetting vaststaat. Voor de spanningswaarden moet nog een V-norm opgegeven worden zoals V.28, V.11 of V.10

terug naar introscherm

10. Asynchrone communicatie
Bij synchrone communicatie maken we gebruik van frames met een veel grotere inhoud dan de 7 of 8 bits van de asynchrone methode. Frame-inhouden van 128, 512 of 1024 databits komen voor. Het synchroniseren van de ontvangerklok gebeurt door een speciale code met een groot aantal 1 - 0 overgangen waardoor de ontvangerklok zich goed kan synchroniseren. Daarna volgt een blok met databits en vervolgens wordt het frame afgesloten met weer een foutcontrole codering en een speciale reset-code. Naarmate de synchronisatie lager volledig blijft, kunnen we langere blokken data-informatie versturen. Als er echter veel storing op de lijn is zien we vaak dat de synchronisatie snel afneemt en er ontstaan fouten. En als er een fout in een blok van 1024 databits ontstaat dan moet er een volledige heruitzending van die 1024 databits plaatsvinden en dat kost tijd.
Meestal voorziet het protocol er in dat de blokken data-informatie halveren bij slechte verbindingen. De transmissiesnelheid verlagen geeft ook gunstige gevolgen voor het behoud van synchroniteit en het verminderen van de foutkans.
Over het algemeen heeft het gebruik van synchrone communicatie veel voordelen waarvan de snelheid de belangrijkste is. We moeten echter wel gebruik maken van meerdere kabeladers want de synchronisatie gaat via een extra kanaal in de RS232C of V24 connectoren. Er zijn echter ook protocollen gemaakt die werken volgens het start-stop-frame maar gebruik maken van langere datavelden. De meest bekenden daarin zijn het X-modem en het Z-modem protocol.

11. Data-link protocollen
Het computernetwerk of de telefoonlijn waarover de data verstuurd wordt noemen we in OSI terminologie de Fysieke laag. De laag net daarboven, de Data-link laag verzorgt het opsporen en corrigeren van transmissiefouten tussen de computer en het netwerk. Transmissiefouten hebben een aantal mogelijk oorzaken zoals echo's bij een open of niet goed afgesloten lijn, storingen, overspraak en het vervormen van de digitale signalen naar een sinusvorm doordat niet alle frequenties overgebracht worden (fourier).
Met behulp van Data-link protocollen worden deze fouten opgespoord en eventueel verbeterd. Het aantal voorkomende fouten in een transmissie noemen we de bit error rate.
Dit is de verhouding tussen het aantal optredende transmissiefouten en het aantal verzonden bits. Met een zogenaamd BER-tester kunnen we een test uitvoeren om vast te stellen hoe de kwaliteit van de lijn is. Het aantal verminkte bits is dan een maat voor de verhouding. We kunnen de BER verbeteren door kabels van hogere kwaliteit te nemen of met lagere transmissiesnelheden te werken. Een veel voorkomende BER bij bepaalde transmissiesnelheden bedraagt 1 : 100.000 ofwel bij elke 100.000 bits is er een fout. Hoewel dit niet erg veel is zal het voor bepaalde toepassingen (banken, geldtransacties) toch niet genoeg zijn.
Een manier om de betrouwbaarheid te verhogen is door het bestand twee keer achter elkaar te verzenden en dan aan de ontvangkant de twee te vergelijken. Zijn ze identiek dan kunnen we er van uit gaan dat er geen fouten tijdens de transmissie zijn opgetreden.
We kunnen ook met bepaalde data-link protocollen foutopsporing en correct uitvoeren.
Een bepaald protocol maakt gebruik van een pariteitscheck over een heel blok van informatie. Deze pariteitcheck wordt als laatste byte meegestuurd. De ontvanger haalt deze byte, BCC, Block Check Character er van af en voert ook een pariteitscontrole uit met de ontvangen data. Als de zo ontstane BCC gelijk is aan de meegestuurde BCC dan kunnen we er van uitgaan dat er geen transmissiefouten in het blok zijn opgetreden.
Het X-modem protocol maakt hier gebruik van en dit is een zeer betrouwbaar protocol.
Nadeel van dit protocol is dat na elk frame een ACK (acknowledge of ontvangstbevestiging) door de ontvanger moet worden teruggestuurd. Indien de BCC niet klopt zal er een NACK (negative acknowledge) worden teruggestuurd en moet de zender het blok herhalen. Het rendement van het X-modem protocol is zeer hoog hoewel er per block slechts 128 karakters verstuurd worden. Er is ook een Y-modem protocol dat 1024 karakters aankan. Bij goede verbinding is dit een aanwinst maar bij veel NACK's kost de herhaling veel tijd en kunnen we beter overschakelen naar X-modem.
Voornoemde protocollen zijn karakter georiënteerd maar er bestaat ook een bit georiënteerd protocol, het HDLC protocol waarbij HDLC staat voor High-Level Data Link Control. Een bit georiënteerd protocol heeft het voordeel van een variabele veldlengte zodat bij korte berichten de winst al snel duidelijk is. Bij het X-modem protocol moeten we voor het versturen van één karakter toch een frame met 1 karakter en 127 blanco's versturen. En dat hoeft bij HDLC niet. De foutdetectie bij HDLC gebeurt door middel van een Cyclic Redundancy Check (CRC), een logische berekening uit de data met behulp van een polynoom die de ontvanger in staat stelt te controleren of de data correct is overgekomen. De uiteindelijk controle bestaat uit het omgekeerd bewerken van de procedure aan de ontvangzijde. En als er geen fouten zijn dan is het resultaat 0.
Bij het HDLC protocol hoeft de ontvanger niet direct antwoord te geven op een ontvangen frame. Volgens afspraak kunnen er bijvoorbeeld 6 frames verstuurd worden voordat de zender gaat wachten op reçu. Voordeel hiervan is dat de ontvanger zelf ook berichten kan gaan versturen en bij zijn bericht het reçu op de ontvangen frames er aan plakt. Er kan in een keer over 6 frames reçu gegeven worden. Dit reçu geven aansluitend op een eigen verstuurd bericht noemen we 'piggy backing'.

12. Modems
Om digitale signalen vanuit een PC over een telefoonlijn te versturen moeten we gebruik maken van een MODEM, een samentrekking van MOdulator en DEModulator.
Dit is nodig omdat over het analoge telefoonnet van KPN-Telecom slechts signalen met een hoogste frequentie van 3500 Hz verstuurd mogen worden. En volgens fourier kunnen dan de in digitale signalen veelvuldig aanwezige hogere harmonischen niet meegestuurd worden waardoor het digitale signaal uiteindelijk in sinusvorm bij de ontvanger aankomt. En digitale apparaten zoals een PC hebben juist een steile flank van een digitale 1 of 0 nodig om te kunnen reageren.
Daarom worden de digitale signalen eerst omgezet naar geluid, vervolgens verstuurd en aan de ontvangzijde weer omgezet van geluid naar digitale waarden. De ontvangen computer maakt eigenlijk gebruik van een opnieuw door zijn modem geconstrueerd signaal en niet van het signaal van de zendende modem. Voordeel is dat het gereconstrueerde signaal ruisvrij en keihard is. Nadeel is dat een storing of verzwakking van het telefoonlijnsignaal ook een foutieve reeks enen of nullen kan geven.
Modems kunnen ook gebruikt worden over eigen (huur) lijnen. Voordeel hiervan is dat de bandbreedte van een eigen of huurlijn veel groter kan zijn dan de magere 3500 Hz van het telefoonnet. Over kortere afstanden is het mogelijk zelfs met digitale signalen over een eigen lijn te gaan (of glasvezel). Als we gebruik maken van een modem bij het versturen van zuivere digitale signalen dan spreken we meestal over een CODEC, een samentrekking van COderen-DECoderen. Het digitale signaal van de PC wordt dan namelijk alleen maar omgezet in een andere digitale code op de lijn. En aan de ontvangzijde gebeurt het omgekeerde. Meestal is de opzet meer flankovergangen te krijgen in het signaal zodat de ontvanger beter kan synchroniseren.
In grote lijnen zijn er drie soorten modems:

1	Basisband modems
2	Breedband modems
3	Spraakband modems

Basisbandmodems maken gebruik van de volledige bandbreedte van een beschikbaar aderpaar. Als een kabel wordt gebruikt met een bandbreedte van 300 MHz dan kunnen we dit volledig gebruiken voor het overbrengen van digitale signalen. Maar per modem hebben we steeds een eigen aderpaar nodig en de eventuele overblijvende bandbreedte wordt niet gebruikt.
Breedbandmodems maken gebruik van een bepaalde band van frequenties in een transmissiemedium. Voordeel hiervan is dat we met meerdere modems van hetzelfde aderpaar gebruik kunnen maken, meer kanalen dus. Voorwaarde is dat elk modem zijn eigen band gebruikt dus elk modem is een beetje anders. En aan de ontvangzijde moet natuurlijk een modem met dezelfde eigenschappen aanwezig zijn.
Spraakbandmodems maken gebruik van de beschikbare bandbreedte op een analoog telefoon kanaal. Er vindt altijd modulatie plaats van digitaal naar een analoog signaal. De modulatie kan bestaan uit ASK, FSK, PSK of combinaties als QAM.
Bij de toepassing van modems hebben we te maken met twee toestanden. Dit zijn de 'Command mode' en de 'File Transfer Mode'. Vrijwel alle modems zijn aanspreekbaar via de zogenaamd Hayes code, een set instructies die zijn opgesteld door de Amerikaan Hayes. Niet alle codes zijn voor alle modems bruikbaar. Meestal spreken we over 'Hayes compatible Modems'. Een Hayes code is te herkennen aan het begin AT hetgeen staat voor attention. Daarna kunnen vele letters en cijfers volgen. De meest bekende is waarschijnlijk ATDT1234 het geen staat voor ATtention Dial Tone. Een opdracht aan het modem het telefoonnummer 1234 in tooncode te produceren.
Moderne modems hebben allerlei extra's. Via slimme compressie en modulatietechnieken kunnen snelheden van 56 kbps behaald worden waarbij de Baudsnelheid echter niet overschreden mag worden. En met een maximale frequentie van 3500 Hz ligt de maximale baudsnelheid op 7000 Bd!
De maximaal haalbare snelheid bij een 56 kbps modem wordt alleen maar in bepaalde omstandigheden gehaald.
De moderne manier om met een enkele PC het international net op te gaan is met behulp van een ISDN-kaart. Deze vervangt een modemkaart in de PC en werkt met een transmissiesnelheid van 64 kbps. Er vindt hierbij geen modulatie plaats en het tot stand brengen van de verbinding duurt slechts een 20-tal ms.

13. Local Area Network LAN
Het IEEE (Instute Electrical and Electronic Engeneers) heeft de LAN standaard vastgelegd in voorschrift IEEE 802. Meest bekende daarin zijn de IEE 802.3 voor Ethernet en IEEE 802.5 voor Token Ring.
Bij beide protocollen is de datalinklaag opgedeeld. Het onderste deel daarvan heet in de IEEE terminologie de MAC-laag, de Media Access Control Laag. Het bovenste deel heet de LLC-laag, de Logical Link Control laag. In de MAC laag is omschreven hoe toegang tot het transmissiemedium krijgt. Belangrijk onderdeel van de MAC-laag is het unieke kaartnummer van een ethernet- of tokenringnetwerkkaart in een PC.
Voor de LLC laag geldt dat deze door IEEE voor alle LAN's hetzelfde gedefinieerd is.
De gebruikte bekabeling voor token ring is een speciale kabel met een redundant ring. Als er ergens een breuk optreedt in de kabel dan zal via de ring toch via een andere weg contact onderhouden worden met alle aangesloten stations. Nadeel is de prijsstelling. Snelheden op tokenringnetwerken vari‘ren op dit moment van 6 Mbps tot 60 Mbps.
Tegenwoordig wordt voor ethernet nog vrijwel alleen gebruik gemaakt van UTP bekabeling cat 5. Deze Unshielded Twisted Pair bekabeling is geschikt tot 100 Mbps. Bij netwerken met 10 Mbps zien we nog veel HUB's, een plek in een stervormig netwerk waar alle aansluitingen bijeen komen. Voordeel van de HUB is dat bij uitvallen van een aansluiting er geen problemen ontstaan voor de overige netwerk aangeslotenen.
Bij ethernet van 100 Mbps maken we steeds meer gebruik van switches. Dit wil zeggen dat een werkstation gedurende een korte tijd volledig verbinding heeft met zijn gewenst tegenstation. Gedurende die tijd wordt er een vaste schakeling gelegd tussen deze twee stations net zoals dit bij de telefoon gaat. Ook 100 Mbps ethernet maakt gebruik van UTP cat 5 kabel. In enkele oudere toepassingen zien we nog wel coax-kabel voor ethernet LAN's. Maar aangezien dit materiaal niet meer voldoet aan de CE norm zal de coaxkabel in deze toepassing wel verdwijnen.

14. Internet protocol
De afkorting van internet protocol is IP en dit is weer ten nauwste verbonden met het Transmission Control Protocol TCP. We spreken dan over TCP/IP.
Dit TCP/IP protocol is te combineren met elk ander protocol zoals ethernet en token ring. IP adressering maakt echter gebruik van 4 bytes lange adressen onderverdeeld in klassen.
Afhankelijk van de grootte van het er achter hangende netwerk gebruiken we :

Klasse A adres	met 7 bits als identificatie en 24 bits voor de deelnemende stations (host genaamd in internet taal). Dit resulteert in 128 netwerken met elk 224 mogelijkheden wat overeenkomt met ongeveer 16,7 miljoen hosts.
Klasse B adres	met 14 bits als identificatie en 16 bits voor de hosts. Dit resulteert in ruim 16000 netwerken met elk maximaal 216 mogelijkheden wat overeenkomt met ongeveer 65000 hosts.
Klasse C adres	met 13 bits als identificatie en 8 bits voor de hosts. Dit maakt 213 = 8192 netwerken met 255 hosts.

De aanduiding van de adressen wordt in 4 cijfergroepen gegeven gescheiden door een punt. Met andere woorden ze lopen van 0.0.0.0 tot 255.255.255.255. Niet alle aanduidingen worden gebruikt en sommige hebben een speciale functie of zijn voor speciale toepassingen gereserveerd.
Een menselijke eigenschap is echter dat hij makkelijker een naam kan onthouden dan een serie nummers. Vandaar dat vrijwel alle cijfergroepen worden omgezet in een naam maar dan nog wel met de punten tussen de namen. Dit maakt weer onderaanduidingen mogelijk zoals amerlanden.nl en economie.amerlanden.nl.
Computers kunnen echter weer geen namen onthouden en daarom is er een zogenaamde Domain Name Server (DNS) die de opdracht heeft in een bepaald netwerk bij te houden welk IP nummer bij welke naam hoort. Indien een DNS een naam binnenkrijgt die niet in zijn domein voortkomt dan voorziet het protocol er in dat hij het bericht doorstuurt naar een daar bovenstaande DNS die dan voor verdere afhandeling zorg draagt.
Binnen TCP/IP wordt veelvuldig gebruik gemaakt van routers. Dit zijn computers die delen van een netwerk met elkaar verbinden, een beetje te vergelijken met bridges en routers in ethernet netwerk. Een router heeft altijd tenminste twee TCP/IP adressen, hij staat als het ware met een poot in elk netwerk.
In een router wordt ook een routing-table bijgehouden waardoor de routering van de berichten voor de router mogelijk wordt.
Elk bericht wordt voorafgegaan door een IP-header. In deze header staan gegevens over soort bericht van en voor wie, hoeveel keer het mag rondzoemen voordat het vernietigd wordt, foutcontrole enzovoort.

15. Glasvezel
Tot voor enkele jaren dachten we dat hoge transmissiesnelheden over een koperen aderpaar niet haalbaar zouden zijn. Door verbetering van digitale apparatuur en twisted pair technieken valt dit achteraf nog al mee.

Maar de glasvezel als transmissiemedium zal in de toekomst waarschijnlijk nog hard nodig zijn. Denk maar eens aan TV beelden en dergelijke. Dit vraagt een enorme bandbreedte en ondanks slimme compressiemethoden is het nog steeds niet mogelijk een vloeiend snel bewegend beeld over een digitaal transmissiekanaal te versturen. Meestal ontstaat er dan een schokkerig beeld want een flink deel van de informatie gaat verloren door de beperkte bandbreedte. Voor het normale dataverkeer tot 600 Mbps is glasvezel echter nu al een uitstekende oplossing. De verliezen zijn minimaal en er kunnen kabellengten tot 80 km aan een stuk gebruikt worden. De tegenwoordig meest gebruikte glasvezelkabel is de mono-mode stepindex vezel. Dit is een vezel met een zeer dunne kern (5 mm) die omgeven is door een cladding van een andere glassoort. De totale doorsnede van de glasvezel zelf is meestal 125 mm. De monomode vezel laat het licht slechts op één manier (mode) door. De dunne vezel vormt als het ware een golfpijp waarin de lichtenergie geen of weinig weerstand ondervindt. Aan het einde van de vezel komt de lichtenergie vrijwel onvervormd vrij en kan direct op digitale apparatuur aangesloten worden. Vervorming door diffractie (straalbreking) en dispersie (spreiding) is minimaal en de pulsverbreding door verliezen van hogere harmonischen is bij de enorme beschikbare bandbreedte van de vezel vrijwel nihil.

De multimode vezel wordt ook nog steeds toegepast maar dan uitsluitend voor kortere afstanden (patch koorden) en op die plaatsen waar enige dispersie of diffractie niet van belang is op het totale proces. Het gebruik van meerdere frequenties (kleuren of golflengten) door één vezel is volop in ontwikkeling en biedt nog meer mogelijkheden op dit gebied. Zo kunnen we twee digitale kanalen tegelijk over een vezel sturen mits we er maar voor zorgen de golflengte van het gebruik IR-licht verschilt.

terug naar introscherm

16. Digitale modulatie
Moduleren wordt al langere tijd toegepast om analoge signalen op een draaggolf te plaatsen of om te zetten naar een andere frequentie. Met de toepassing van digitale signalen hebben we met andere dingen te maken. Zo zal de modulatiefrequentie altijd maar twee waarden hebben zodat het gemoduleerde signaal slechts twee uitersten kent. Het moduleren van de amplitude van een draaggolf (of licht) doen we door in en uit te schakelen en we noemen dit ASK, Amplitude Shift Keying. Eigenlijk komt dit overeen met het bijna verdwenen morse-signaal.
Voor het overbrengen van digitale signalen via frequentie modulatie maken we ook gebruik van een verschuiving (shift) maar dan in de frequentie. Zo zal een FSK, Frequency Shift Keying signaal kunnen bestaan uit twee toontjes. Bijvoorbeeld 800 Hz voor de 0 en 1200 Hz voor de 1. Bij de ontvangst kunnen we met behulp van filters de twee toontjes onderscheiden en er weer 0 en 1 van maken.

Ook het gebruik van fase modulatie wordt veel toegepast bij digitale signalen. dit wordt aangegeven als PSK van Phase Shift Keying. PSK werkt juist bij digitale signalen zo goed omdat er altijd twee duidelijke toestanden zijn in faseverandering. Bij analoge toepassingen hadden we dat niet en is de verschuiving van 45¡ of 50¡ graden haast niet te onderscheiden. PSK leent zich ook uitstekend voor multilevel codering. Als we fasesprongen van 45¡kunnen detecteren dan hebben we vier verschillende fasen. Dit wil zeggen dat we 22 ofwel steeds 2 bits per faseverandering kunnen doorgeven. Elke faseverandering is een toestandsverandering en noemen we Baud. Maar nu hebben we bij elke toestandsverandering (Bd) 2 bitveranderingen. Met andere woorden we hebben een transmissiesnelheid in bps die twee keer zo hoog is als de baudsnelheid. Doorgeredeneerd, we verdubbelen de transmissiesnelheid in bps zonder een grotere bandbreedte in te nemen.

terug naar introscherm