Стандартные промышленные интерфейсы: USB, IEEE-1394, оптическое волокно.

USB. Последовательный протокол и физическое соединение, которое переносит все данные по витой паре проводов. Другая пара обеспечивает питание для устройств Возможности USB следуют из ее технических характеристик:- Высокая скорость обмена (full-speed signaling bit rate) — 12 Mb/s;- Максимальная длина кабеля для высокой скорости обмена — 5 m;- Низкая скорость обмена (low-speed signaling bit rate) — 1.5 Mb/s

-Максимальная длина кабеля для низкой скорости обмена — 3 m;-Максимальное количество подключенных устройств (включая раз-множители) — 127;-Возможно подключение устройств с различными скоростями обмена-Отсутствие необходимости в установке пользователем дополнительных элементов, таких как терминаторы для SCSI

-Напряжение питания для периферийных устройств — 5 V;-Максимальный ток потребления на одно устройство — 500 mA.

Топология USB — "звездное" соединение.Концентраторы являются вершинами, соединяющими устройства. Одно и только одно ведущее устройство (обычно ПК) включает "Корневой концентратор", который является связующим звеном для всех. Host — основной в USB и, следовательно, управляет всеми устройствами.

Устройства, контролируемые USB, являются "ведомыми", отвечая на команды (host a) "ведущего". Когда устройство подключается в USB сеть, host связывается с ним для определения: какой драйвер необходим (процесс enumeration). Для избежания перемычек и проблем с прерываниями, host присваивает адрес устройства в процессе энумерации.

Спецификация определяет два вида устройств: stand-alone (одиночное, как мышь) и составное (имеющие более одного порта). Примером составного устройства является видео камера с отдельным аудио процессором.Концентраторы и мосты; они увеличивают физическую нагрузочную способность сети. Концентратор имеет оно исходящее соединение (которое образовано с корневым концентратором или другим концентратором, ближним к корневому), и от одного до нескольких нисходящих соединений.Концентраторы сами по себе являются USB устройствами, и являются интеллектуальными. Критическая часть философии USB то, что пользователи могут отключать устройства не выходя из системы. Концентраторы определяют эти изменения. Они так же могут служить источниками питания для USB сети; питание может поступать от hub (концентратора) (если он является самоснабжаемым), или от вышестоящего.

Как только концентратор находит новую периферию (или отключение таковой), он подает информацию ХОСТу и позволяет соединение с подключенным устройством, на самом деле, он является невидимым "умным" проводом, распределяющим данные между устройствами и ведущим. Таким образом, физически соединение устанавливается "звездой", но для приложений прямое соединение существует между компьютером (ведущим) и каждым отдельным устройством.

Интерфейс IEEE-1394(FireWire). Самые массовые из устройств, в которых используется интерфейс IEEE-1394,цифровые видеокамеры, требуют скорости передачи данных всего 25 Mbits/s, но ряд периферийных устройств, таких как жесткие диски, сканеры требуют скоростей обмена выше 400 Mbits/s и в конце мая 2001 года был согласован следующий вариант стандарта,IEEE-1394b,предусматривающий повышение скорости передачи данных вдвое, т.е. до 800 Mbits/s.Название FireWire (огненный провод) принадлежит фирме Apple Computers (IEEE-1394).Некоторые компании придумали собственное зарегистрированное название, например у Sony — iLink. Пока основная сфера примененияIEEE-1394— поддержка обмена данными между компьютером и видеокамерами и видеомагнитофонами DV стандарта.Основные характеристики шины можно свести к следующим показателям:∙скорость передачи данных до 400 Mbits/s по стандарту IEEE-1394aи 800 Mbits/s по стандартуIEEE-1394b,согласованному в 1394 Trade Association в конце мая 2001 года.∙16-тиразрядный адрес позволяет адресовать до 64K узлов на шине ∙предельная теоретическая длина шины 224 метра ∙"горячее" подключение/отключение без потери данных ∙автоматическое конфигурирование, аналогичное Plug&Play∙произвольная топология шины — по аналогии с локальными сетями может использоваться как "звезда" так и общая шина (только в виде цепочки, в отличие от сети на коаксиальном кабеле)∙никакие терминаторы не требуются ∙возможность обмена с гарантированной пропускной способностью, что крайне необходимо для передачи видеоизображений ∙максимальное расстояние между двумя устройствами в цепочке по IEEE-1394a— 4.5 м, поIEEE-1394b— 100 м.

ВОЛС. Оптическое волокно представляет собой диэлектрический волновод, изготовленный из кварцевого стекла. Он имеет световедущую сердцевину с показателем преломления света n1, окруженную оболочкой с показателем преломления n2, причем n1>n2. Попадая в световедущую сердцевину, свет распространяется в ней за счет эффекта полного внутреннего отражения. Этот эффект имеет место при падении луча света на границу раздела двух сред из среды с большим показателем преломления n1 в среду с меньшим показателем n2, и наблюдается только до определенных значений угла падения кр, величина которого определяется различиями n1 и n2 (см. рис.).

Обычно свет вводится в волокно через торец. Луч света, введенный в волокно под углом меньшим m, будет распространяться по всей длине волокна. Такой луч называется ведомой модой или просто модой.

Как новая физическая среда для передачи информации оптическое волокно имеет ряд существенных преимуществ, по сравнению с другими, среди которых:∙Широкая полоса частот (до 1014 Гц) и низкое затухание света в волокне (~ 0,1-0,2дБ/км) обеспечивают передачу массивов информации с высокими скоростями и на большие расстояния (до сотен километров без регенерации сигнала).∙Кварцевое стекло как среда передачи нечувствительно к электромагнитным полям. Поэтому волокно может прокладываться вместе с силовыми кабелями, без опасности возникновения наведенных помех и ошибок при передаче информации. ∙Оптическое волокно пожаровзрывобезопасно, в волоконно-оптических сетях обеспечивается гальваническая развязка между передающим и приемным оборудованием. ∙Оптическое волокно, как канал связи, имеет высокую степень защиты от прослушивания и несанкционированного съема информации. ∙Волоконно-оптические линии имеют значительно меньшие объем и массу в расчете на единицу передаваемой информации, чем любые другие; исходным сырьем для изготовления волокна является кремний, запасы которого на земле практически неограниченны.

Существует два типа оптических волокон: многомодовые (ММ) и одномодовые (SM), отличающиеся диаметрами световедущей сердцевины. Многомодовое волокно, в свою очередь, бывает двух типов: со ступенчатым и градиентным профилями показателя преломления по его сечению.

Стандартное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины 9 мкм и диаметр оболочки 125 мкм

В этом волокне существует и распространяется только одна мода (точнее две вырожденные моды с ортогональными поляризациями), поэтому в нем отсутствует межмодовая дисперсия, что позволяет передавать сигналы на расстояние до 50 км со скоростью до 2,5 Гбит/с и выше без регенерации. Распространение света в волоконном световоде характеризуется множеством параметров, самыми важными из которых являются потери на распространение и дисперсия в заданном спектральном диапазоне. Потери характеризуются величиной затухания световой волны на единицу длины волокна и измеряются в дБ/км.