Synchronisierung

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

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.
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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.
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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.
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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.
19.200) was der Baudrate entspricht (Takt).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
01111110.
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.
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Characterstuffing
..... SYN SYN SYN STX DA0 DA1 ... DAn ETX BCC BCC ......
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.
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