انتقال دیجیتال در شبکه های کامپیوتری – راهنمای جامع

داده‌ها یا اطلاعات را می‌توان به دو روش آنالوگ یا دیجیتال ذخیره کرد. برای این که یک رایانه بتواند از داده‌ها استفاده کند، باید آن‌ها را به صورت دیجیتال ذخیره کنیم. سیگنال‌ها نیز همانند داده‌ها می‌توانند به شکل آنالوگ یا دیجیتال باشند. برای انتقال دیجیتالی داده‌ها باید ابتدا آن‌ها را به شکل دیجیتال تبدیل کنیم.

تبدیل دیجیتال به دیجیتال

در این بخش شیوه تبدیل داده‌های دیجیتال به سیگنال‌های دیجیتال را توضیح می‌دهیم. این کار را می‌توان به دو روش کدینگ خط و کدینگ بلوک انجام داد. در همه انواع ارتباط‌ها کدینگ خط ضروری است؛ در حالی که کدینگ بلوک اختیاری است.

کدینگ خط

فرایند تبدیل داده‌های دیجیتال به سیگنال‌های دیجیتال به نام کدینگ خط نامیده می‌شود. داده‌های دیجیتال در قالب باینری هستند و به شکل داخلی به صورت یک سری از 0 و 1 نمایش می‌یابند.

سیگنال دیجیتال به وسیله سیگنال گسسته نمایش می‌یابد که نماینده داده‌های دیجیتال است. سه نوع طرح‌بندی کدینگ خط به صورت زیر وجود دارند:

انکودینگ تک‌قطبی (Uni-Polar)

طرح‌بندی انکودینگ تک‌قطبی از سطح ولتاژ سیگنال برای نمایش داده‌ها استفاده می‌کند. در این حالت برای نمایش مقدار باینری 1، ولتاژ بالا انتقال می‌یابد و برای نمایش 0 هیچ ولتاژی انتقال نمی‌یابد. این حالت به نام «Unipolar-Non-return-to-zero» نیز نامیده می‌شود، زیرا هیچ حالت میانی وجود ندارد و در هر یک از حالت‌ها یا 0 و یا 1 نمایش می‌یابد.

انکودینگ قطبی (Polar)

در طرح‌بندی انکودینگ قطبی از چندین سطح ولتاژ برای نمایش مقادیر باینری استفاده می‌شود. انکودینگ قطبی به چهار نوع امکان‌پذیر است:

Polar Non-Return to Zero یا NRZ قطبی

در این روش از دو سطح مختلف ولتاژ برای نمایش مقدارهای باینری استفاده می‌شود. به طور کلی ولتاژهای مثبت نماینده 1 و مقدار منفی نماینده 0 است. همچنین NRZ محسوب می‌شود، زیرا هیچ شرایط میانی وجود ندارد. طرح NRZ دو نسخه به صورت NRZ-L و NRZ-I دارد.

در روش NRZ-L هنگامی که با یک بیت متفاوت مواجه شویم، سطح ولتاژ تغییر می‌یابد؛ در حالی که در NRZ-I، ولتاژ زمانی تغییر پیدا می‌کند که با 1 مواجه شویم.

Return to Zero یا RZ

مشکل NRZ این است که وقتی کلاک گیرنده و فرستنده همگام نشده باشند، گیرنده نمی‌تواند بفهمد که یک بیت چه زمانی پایان یافته است و بیت بعدی چه زمانی آغاز شده است.

RZ از سه سطح ولتاژ به صورت ولتاژ مثبت برای نمایش 1، ولتاژ منفی برای نمایش 0 و ولتاژ صفر برای نمایش هیچ استفاده می‌کند. بدین ترتیب سیگنال‌ها درون بیت تغییر می‌یابند و نه بین بیت‌ها.

Manchester

این طرح‌بندی انکودینگ ترکیبی از RZ و NRZ-L است. زمان بیت دو به نیمه تقسیم می‌شود. سیگنال در میانه بیت حمل می‌شود و هنگامی که با بیت متفاوتی مواجه شود فاز را تغییر می‌دهد.

Differential Manchester

این طرح‌بندی انکودینگ ترکیبی از RZ و NRZ-I است. در این روش نیز سیگنال در میانه بیت حمل می‌شود و فاز تنها در مواردی که با 1 مواجه شود تغییر پیدا می‌کند.

انکودینگ دوقطبی (Bipolar)

در روش انکودینگ دوقطبی از سه سطح ولتاژ به صورت مثبت، منفی و صفر استفاده می‌کنیم. ولتاژ صفر نماینده مقدار باینری 0 و بیت 1 نمایش‌دهنده تغییر ولتاژهای مثبت و منفی است.

کدینگ بلوک

برای اطمینان از صحت فریم داده‌های دریافتی، از بیت‌های تکراری (افزونگی) استفاده می‌شود. برای نمونه در توازن زوج (even-parity) یک بیت توازن اضافه می‌شود تا تعداد 1 ها در فریم داده زوج باشند. بدین ترتیب تعداد بیت‌های اولیه افزایش می‌یابد. این روش کدینگ بلوک نامیده می‌شود.

فیلم آموزش شبکه های کامپیوتری ۲ – همراه با حل مسأله در فرادرس

کلیک کنید

کدینگ بلوک به وسیله نمادگذاری ممیز (/) به صورت mB/nB نمایش می‌یابد. در مواردی که n < m باشد، بلوک m بیتی با بلوک n بیتی جایگزین می‌شود. کدینگ بلوک شامل سه مرحله است:

• تقسیم
• جایگزینی
• ترکیب

پس از اتمام کدینگ بلوک، از کدینگ خط برای انتقال استفاده می‌شود.

تبدیل آنالوگ به دیجیتال

میکروفن‌ها صدا را به صورت آنالوگ تولید می‌کنند و دوربین‌ها نیز ویدئوهای آنالوگ تهیه می‌کنند که به صورت داده آنالوگ با آن برخورد می‌شود. برای انتقال داده‌های آنالوگ روی سیگنال‌های دیجیتال باید از تبدیل آنالوگ به دیجیتال استفاده کنیم.

داده‌های آنالوگ جریان پیوسته‌ای از داده‌ها به شکل موج هستند؛ در حالی که داده‌های دیجیتال گسسته هستند. برای تبدیل موج‌های آنالوگ به داده‌های دیجیتال، از «مدولاسیون کد پالس» (PCM) استفاده می‌کنیم.

PCM یکی از پراستفاده‌ترین روش‌ها برای تبدیل داده‌های آنالوگ به شکل دیجیتال است که در سه مرحله صورت می‌گیرد:

• نمونه‌برداری
• کمی سازی
• انکودینگ

نمونه‌برداری (Sampling)

سیگنال آنالوگ در طی هر بازه T نمونه‌برداری می‌شود. مهم‌ترین عامل در نمونه‌برداری نرخ مربوط به نمونه‌برداری سیگنال آنالوگ است. بر اساس قضیه Nyquist، نرخ نمونه‌برداری باید دست‌کم دو برابر بالاترین فرکانس سیگنال باشد.

کمّی‌سازی (Quantization)

نمونه‌برداری شکل گسسته‌ای از سیگنال آنالوگ پیوسته است. هر الگوی گسسته شدت سیگنال آنالوگ را در آن لحظه نشان می‌دهد. کمّی‌سازی بین دو مقدار بیشینه شدت و کمینه شدت صورت می‌گیرد. کمی‌سازی تخمینی از مقدار آنالوگ لحظه‌ای به دست می‌دهد.

انکودینگ

در مرحله انکودینگ هر مقدار تخمین زده شده به قالب باینری تبدیل می‌شود.

حالت‌های انتقال

حالت انتقال به چگونگی انتقال داده‌ها بین دو رایانه گفته می‌شود.

داده‌های باینری به شکل 1 و 0 را می‌توان به دو روش موازی و سریال ارسال کرد.

انتقال موازی (Parallel Transmission)

در این روش، بیت‌های باینری در گروه‌هایی با طول ثابت سازمان‌دهی می‌شوند. هم فرستنده و هم گیرنده به صورت موازی و با تعداد خطوط داده‌ای یکسانی به هم متصل هستند. هر دو رایانه بین خطوط داده‌ای با ترتیب بالا و پایین تمییز قائل شده‌اند. فرستنده همه بیت‌ها را روی همه خطوط به صورت یکجا ارسال می‌کند. از آنجا که خطوط داده‌ای با تعداد بیت‌ها در یک گروه فریم داده برابر است، یک گروه کامل از بیت‌ها (فریم داده) در هر بار ارسال می‌شود. مزیت انتقال موازی سرعت بالا و عیب آن هزینه سیم‌ها است، چون این تعداد باید برابر با تعداد بیت‌های ارسالی به صورت موازی باشد.

انتقال سریال

در روش انتقال سریال، بیت‌ها یکی پس از دیگری به صورت یک صف ارسال می‌شوند. انتقال سریال آن‌ها به یک کانال ارتباطی نیاز دارد.

انتقال سری می‌تواند به صورت همگام یا ناهمگام اجرا شود.

انتقال سریال ناهمگام

دلیل انتخاب چنین نامی برای این روش انتقال داده‌ها این است که زمان‌بندی هیچ اهمیتی ندارد و بیت‌های داده الگوی خاصی دارند. به این ترتیب گیرنده می‌تواند آغاز و پایان بیت‌های داده‌ای را تشخیص دهد. برای نمونه یک 0 به ابتدای هر بایت داده اضافه می‌شود و یک یا چند 1 در انتهای آن قرار می‌گیرد. دو قاب داده‌ای (بایت) پیوسته می‌توانند بین خود شکافی داشته باشند.

انتقال سریال همگام

در انتقال سریال همگام بحث زمان‌بندی حائز اهمیت است، زیرا هیچ سازوکاری برای شناسایی ابتدا و انتهای بیت‌های داده‌ای وجود ندارد. همچنین از هیچ الگو یا پیشوند/پسوند استفاده نمی‌شود. بیت‌های داده‌ها در حالت پشت سر هم ارسال می‌شوند و هیچ شکافی بین بایت‌ها (8 بیت) وجود ندارد. یک مجموعه از بیت‌های داده‌ای می‌تواند شامل چند بایت باشد. از این رو زمان‌بندی بسیار مهم است.

در این روش شناسایی و تمییز بیت‌ها از هم و قرار دادن آن‌ها به صورت بایت بر عهده گیرنده است. مزیت این روش سرعت بالا است و همچنین به هیچ سربار اضافی به صورت بیت‌های هدر و فوتر اضافی مانند روش انتقال ناهمگام نیاز نداریم.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌های زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش های شبکه های کامپیوتری
• مجموعه آموزش‌های دروس مهندسی کامپیوتر
• مفاهیم مقدماتی انتقال داده و شبکه های کامپیوتری — راهنمای جامع
• آموزش امنیت شبکه های کامپیوتری
• مقایسه فناوری‌های Wi-Fi Direct و Bluetooth 4.0 : کدام یک برتر است؟

==