Synchronisierung. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 73

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1 Synchronisierung Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 73

2 Übertragungsprozeduren Die Übertragung einer Nachricht zwischen Sender und Empfänger erfordert die Übertragung des Nutzsignals und die Abstimmung und ggfs. Übertragung eines Taktes zur Übermittlung des Nutzsignals. Das Taktsignal kann auf einer separaten Leitung übertragen werden, zusammen mit dem Nutzsignal übertragen werden oder vom Sender und Empfänger jeweils intern generiert werden. Die Übertragungsprozeduren, die gemäß den ersten beiden Punkten arbeiten werden als synchrone, die letzte als asynchrone Prozedur bezeichnet. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 74

3 Asynchrone Kommunikation I Müssen Sender und Empfänger ihre Aktionen vor einer Datenkommunikation nicht koordinieren (synchronisieren), spricht man von asynchroner Kommunikation. Ein Sender kann zwischen zwei Nachrichten beliebig lange warten und sendet, wenn Daten bereitstehen. Für die Datenübertragung zwischen Rechnern und Peripherie wird oft der RS-232 Standard benutzt (max. 16 m, Spannung zwischen -15 bis +15 Volt) Die Zeitdauer der angelegten Spannung für ein Bit ist Sender und Empfänger bekannt. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 75

4 Asynchrone Kommunikation II Hat der Sender nichts zu übertragen, belegt RS-232 das Kabel mit einer negativen Spannung, die dem Bitwert 1 entspricht. Um den Beginn des Sendens zu signalisieren, wird als Startsignal ein 0-Bit als Startbit verlangt. Mit diesem Bit startet der Empfänger einen Timer, um die Spannung für jedes nachfolgende Bit zu messen. Am Ende eines Bytes steht ein Stoppbit, das länger ist als die normalen Bits. Die Zeit bis zum nächsten Startbit kann beliebig lang sein, es ist jedoch durch den Standard eine Mindestdauer (des Stoppbit) vorgegeben. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 76

5 Asynchrone Kommunikation III Sender und Empfänger müssen sich über die Dauer der für jedes Bit anliegenden Spannung einigen. Statt einer Zeit spezifiziert man hier die Anzahl der Bits, die in einer Sekunde übertragen werden können (z.b ) was der Baudrate entspricht (Takt). Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 77

6 Asynchrone Kommunikation IV Auch wenn der Taktgenerator bei Sender und Empfänger nicht vollständig synchron laufen, ist die Abweichung so gering, dass ein Byte korrekt übertragen wird. Beim nächsten Byte findet eine erneute Synchronisation durch das Startbit statt. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 78

7 Synchrone Kommunikation I Bei der synchronen Kommunikation wird während der gesamten Verbindung ein Taktsignal des Senders mit übertragen. Dies geschieht entweder über eine separate Taktleitung (clock) oder über Rückgewinnung des Takts aus dem Signal. Dieser Takt gibt die Länge eines Bits an. Bei Asynchroner Übertragung werden die Bitsynchronisation und die Wortsynchronisation in einem Schritt erledigt. Bei synchroner Kommunikation erledigt der Takt nur die Bitsynchronisation. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 79

8 Synchrone Kommunikation II Da Bytegrenzen bei synchroner Kommunikation nicht zweifelsfrei erkannt werden können und diese durch Störungen in der Übertragung auch versetzt werden können, ist eine Wortsynchronisation notwendig. Zur Wortsynchronisation wird ein sog. Rahmenwort mit einem vorher vereinbarten Bitmuster verwendet. Am Beginn der Übertragung werden mehrere Rahmenworte zur Synchronisation geschickt. Der Aufbau des Rahmens muss dem Empfänger bekannt sein, z.b. 511 Byte Nutzdaten sind zwischen zwei Rahmenworten. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 80

9 Synchrone Kommunikation III Nach 511 Byte erwartet der Empfänger wieder das vereinbarte Rahmenwort. Findet er es nicht an der erwarteten Stelle, weiß der Empfänger, dass innerhalb der letzten 511 Byte eine Störung aufgetreten ist. Er sucht im Bitstrom nun das nächste Rahmenwort und resynchronisiert sich. Der gestörte Datenblock kann erneut vom Sender angefordert werden. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 81

10 Synchrone Kommunikation IV Problematisch ist es, wenn in den Nutzdaten dasselbe Bitmuster wie das Rahmenwort auftritt. Damit könnte es bei einer Resynchronisation als Rahmenanfang verstanden werden. Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, dies zu vermeiden: Mehrfaches Checken des Rahmenworts Wenn der Empfänger das Rahmenwort im Bitstrom erkennt, prüft er nach 511 Byte wieder auf das Rahmenwort ab. Erst wenn er dreimal hintereinander im richtigen Abstand das Rahmenwort erkannt hat, ist der Empfänger resynchronisiert. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 82

11 Bitstuffing Bitstuffing Das zweite Verfahren wird ermöglicht eine schnellere Synchronisation, da eine Verwechslung des Rahmenworts mit Nutzdaten ausgeschlossen wird. Als Rahmenwort wird eine spezielle Bitfolge gewählt, z.b Treten in den Nutzdaten fünf Einsen hintereinander auf, wird immer eine Null vom Sender eingefügt (hineingestopft = stuffing). Findet der Empfänger im Bitstrom nun fünf Einsen und eine Null, entfernt er die Null. Findet er sechs Einsen, kann es sich nur um das Rahmenwort handeln. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 83

12 Characterstuffing... SYN SYNSYNSTX DA0DA1... DAnETX BCCBCC... Oft treten in dem übertragenen Bitstrom noch andere Steuerzeichen auf, wie oben z.b. Start of Text, End of Text und Block Check Character. Damit diese Steuerzeichen nicht als Daten interpretiert werden, wird ein sog. Fluchtzeichen definiert, d.h. ein Byte, das vor dem Steuerzeichen eingefügt wird. Wird dieses Zeichen erkannt, wird das folgende Zeichen als Steuerzeichen gewertet. Dieses Verfahren wird Characterstuffing genannt. Kommunikationstechnik, SS 08, Prof. Dr. Stefan Brunthaler 84