2.2 數據通信概述

2.2.1 數據通信系統組成

數據是指對數字、字母以及組合意義的一種表達。在SCADA系統中，通信數據與監控系統的各種信息緊密相關，如用數字1表示電機處于工作狀態，用數字0表示電機處于停止狀態；而對于溫度、壓力、物位、流量、電流、電壓等變量可以用一定數值范圍的數字來描述。

數據通信系統是指以計算機為中心，通過數據傳輸信道將分布在各處的數據終端設備連接起來，以實現數據通信為目的的系統。實際的數據通信系統是千差萬別的。例如，可以是兩臺計算機點對點近距離數據傳輸，可以是工業現場智能設備與控制器之間的數據通信，也可以是分布在各地的數百臺甚至更多的計算機互相傳送數據。

數據通信系統是由數據信息的發送設備、接收設備、傳輸介質、傳輸報文、通信協議等組成。圖2.1所示為香農定義的廣義通信系統模型。其中信源為待傳輸數據信息的產生者。發送器將信息變換為適合于信道上傳輸的信號，而信宿的作用與之相反。信道指發送器與接收器之間用于傳輸信號的物理介質，又稱傳輸介質。經過傳輸，在接收器處收到的信號在接收器處變為信息。通信傳輸過程會受到噪聲的干擾，而噪聲往往會影響接收者正確地接收和理解所收到的信息。為了把接收到的信息還原為原有信息，并為接收者所理解，需要一套實現約定的協議。協議是數據通信規則的集合，如果沒有協議，兩臺設備即使連接也無法通信。

圖2.1 廣義通信系統模型

發送設備、接收設備和傳輸介質是通信系統的硬件。發送設備用于匹配信息源和傳輸介質，即將信息源產生的數據經過編碼變換為信號形式，送往傳輸介質；接收設備則需要完成發送設備的反變換，即從帶有干擾的信號中正確恢復出原有信號，并進行解碼、解密等操作。

SCADA系統中，由于越來越多的設備變得智能化和數字化，數字通信能力越來越強大，因此，依賴不同時刻設備的作用，許多設備既是發送設備也是接收設備。如下位機設備與上位機通信時，當下位機向上位機傳送現場儀表參數時，下位機是發送設備，上位機是接收設備；而當下位機接收上位機的控制指令，如開啟某臺設備，或修改下位機參數時，下位機是接收設備，而上位機是發送設備。

傳輸信道可以是簡單的兩條導線，也可以是由傳輸介質、數據中繼、交換、存儲、管理設備構成的網絡。傳輸信道是為收發兩地的數據流提供傳輸的信道，傳輸信道由兩部分組成：一部分是傳輸介質，另一部分是其他數據處理設備。傳輸介質分為有線介質和無線介質兩種，有線介質有雙絞線、同軸電纜和光纖等，無線介質則為空氣。傳輸手段為微波、紅外線、激光等，由光纖、同軸電纜、雙絞線等有線介質構成有線線路，而由微波接力或衛星中繼等方式通過大氣層傳輸則構成無線通信。有線通信具有性能穩定，受外界干擾少，維護方便，保密性強等優點，但其敷設工程量大，一次性投資也大。而無線通信利用無線電磁波在空氣中傳輸信號，無需敷設有形介質，一次性投資相對較少，通信建立較靈活，但受空氣環境影響較大，保密性較差。