Беспроводная передача данных: типы, технология и устройства

3Библиотека «Wire» для работы с IIC

Для облегчения обмена данными с устройствами по шине I2C для Arduino написана стандартная библиотека Wire. Она имеет следующие функции:

Типы пользовательских интерфейсов. Графический, текстовый и другие

Текстовый интерфейс — это способ общения человека с компьютером с помощью печати команд. Например, в операционной системе MS-DOS интерфейс был текстовым — пользователь набирал на клавиатуре нужные команды, а машина их выполняла.

Текстовый интерфейс MS-DOS — командная строка

Проблема текстового интерфейса в том, что пользователь должен знать необходимые команды и каждый раз вручную набирать их без ошибок. Частично от этой трудности избавили оболочки для MS-DOS — например, Norton Commander.

Norton Commander — файловый менеджер для MS-DOS. В нем можно не только набирать команды на клавиатуре, но работать с файлами с помощью сочетаний клавиш.

Вскоре появились и графические интерфейсы, где пользователь взаимодействует с визуальными объектами: кнопками, значками, картинками на экране. Операционная система Windows использует графический интерфейс: пользователь кликает мышкой по иконкам — пиктограммам, изображающим файлы и программы.

Графический интерфейс Windows 3.11

Материальный интерфейс — это способ взаимодействия с компьютером с помощью осязаемых конструкций. Например, компьютерная мышка или джойстик — это материальный интерфейс. Двигая мышку по столу, мы одновременно перемещаем стрелку курсора по экрану.

Материальный интерфейс — компьютерная мышь. Фото: Depositphotos

Голосовой интерфейс — это управление с помощью речевых команд. Человеческий голос сегодня умеют понимать даже мобильные телефоны. Например, Siri от Apple, голосовой помощник Google, «Алиса» от «Яндекса»

Голосовой интерфейс — Siri от Apple. Siri — это сокращение от Speech Interpretation and Recognition Interface (интерфейс распознавания и интерпретации речи). Фото: Depositphotos

Жестовый интерфейс позволяет отдавать команды, делая жесты пальцем, рукой, компьютерной мышью, специальным контроллером и т.п.

Жестовый интерфейс — игровая приставка Nintendo Wii, контроллеры которой реагируют на движения пользователя.

Тактильный интерфейс позволяет пользователю испытывать осязательные ощущения (нажим, вибрацию и т.п.) и взаимодействовать с компьютером с их помощью.

Перчатки виртуальной реальности — пример тактильного интерфейса. Фото: NASA

Нейронный интерфейс позволяет передавать команды с помощью вживленных в мозг электродов. Двунаправленные нейронные интерфейсы могут не только принимать информацию от мозга, но и отправлять ее в мозг — например, через сетчатку глаза.Йенс Науманн — слепой, способный «видеть» с помощью нейронного зрительного протеза. Камера улавливает изображение и направляет обработанную версию в зрительную кору головного мозга через электроды.

Киану Ривз в фильме «Матрица» (1999). Герои пользуются нейроинтерфейсом, чтобы попасть в виртуальную реальность — Матрицу.

Киберспейс — интерфейс в виде виртуальной реальности. Кадр из фантастического фильма «Джонни Мнемоник» (1995)

Exclusions

Obviously if the interface strongly implies mutability (such as ) then implementing it is a bad idea as it would mean tat you either made the struct mutable (leading to the sorts of errors described already where the modifications occur on the boxed value rather than the original) or you confuse users by ignoring the implications of the methods like or throwing exceptions.

Many interfaces do NOT imply mutability (such as ) and serve as the idiomatic way to expose certain functionality in a consistent fashion. Often the user of the struct will not care about any boxing overhead for such behaviour.

Модем

Обычная телефонная сеть позволяет передавать только аналоговые сигналы в диапазоне частот от 300 Гц до 3,4 кГц. Поэтому для передачи через телефонную сеть цифровых сигналов от последовательных интерфейсов необходимо предварительное преобразование. Для этого требуется устройство, преобразующее поток цифровых данных в колебания аналоговых сигналов, а эти колебания затем обратно в поток цифровых данных. Эти процессы называют модуляцией и демодуляцией, а устройство, их выполняющее, соответственно модемом. Процесс образования коммутируемой связи соответствует международным стандартам. При этом несущая частота служит для синхронизации обоих модемов. С помощью общедоступной телефонной сети можно таким образом реализовать канал между устройствами, расположенными в любой точке мира. Но даже при использовании выделенной линии расстояния в 20 км не составляют проблемы.

Хотя требуется только два провода, передача данных чаще всего происходит в дуплексном режиме.

Максимальная производительность аналоговой линии составляет 33,6 кбит/с.

Передач а по стандарту V.90 со скоростью 56 кбит/с возможна только от интернет-сервера к модему. В обратном направлении, т.е. от модема V.90 к модему V.90, скорость передачи составляет максимум 33,6 кбит/с.

RS-485 W4

Стандарт RS-485 с 4-проводной схемой позволяет в противовес стандарту RS-485 с 2-проводной схемой осуществлять связь через шину в дуплексном режиме. Примером этого является измерительная шина DIN-Messbus. В отличие от 2-проводной технологии в этом случае ветви передачи приемника отделены друг от друга и поэтому могут работать одновременно. Топологии, основанные на принципе «ведущий/ведомый», применяются предпочтительно в измерительных шинных системах, в которых ведущее устройство ведет передачу данных максимально 32 ведомым, находящимся в режиме «слушания». Ветви передачи ведомых устройств могут находиться в третьем дискретном состоянии (tri-state), в котором поддерживается их высокое полное сопротивление. Только измерительная станция, к которой поступил запрос, активно подключает свой передатчик к шине. Электрические уровни и их логические значения соответствуют, как и во всех других интерфейсах типа RS-485, стандарту RS-422. Максимальная скорость передачи составляет 10 Мбит/с. Кабель шины должен иметь оконечные сопротивления, его жилы должны быть попарно скручены и экранированы.

Пример интерфейса Java

Вот простой пример интерфейса Java:

public interface MyInterface {

    public String hello = "Hello";

    public void sayHello();
}

Как видите, интерфейс объявляется с использованием ключевого слова. Как и в случае с классами, интерфейс может быть объявлен как общедоступный или пакетный(без модификатора доступа).

Приведенный выше пример содержит одну переменную и один метод. Доступ к переменной можно получить непосредственно из интерфейса, например так:

System.out.println(MyInterface.hello);

Как видите, доступ к переменной очень похож на доступ к статической переменной в классе.

Однако этот метод должен быть реализован некоторым классом, прежде чем вы сможете получить к нему доступ. Следующий раздел объяснит, как это сделать.

Проводные сети: особенности, плюсы и минусы

Современные офисные проводные сети используют, как правило, витую пару и порты стандарта RJ-45. Работа проводных сетей описываются стандартами IEEE 802.3. На сегодняшний день используется два основных стандарта:

• IEEE 802.3u с максимальной пропускной способностью 100 Мбит/с. Сегодня встречается только в бюджетных ноутбуках, старых компьютерах, включая сетевое оборудование, либо в устройствах, где высокая скорость не нужна;
• IEEE 802.3ab с максимальной пропускной способностью 1000 Мбит/с на сегодняшний день является наиболее распространенным — гигабитные сетевые карты интегрируются в большинство материнских плат, на рынке есть широкий выбор сетевого оборудования, в том числе недорогого.

Существует так же стандарт IEEE 802.3an, позволяющий при определенных условиях достичь скорости в 10 Гбит/с при использовании обычной медной витой пары. Поддержку данного стандарта можно встретить в рабочих станциях и серверах, однако 10-Гигабитные коммутаторы стоят слишком дорого для SOHO, что тормозит замещение гигабитной сети 10-гигибатной. Есть промежуточные решения — гигабитные коммутаторы с 2-4 10-гигабитными SFP+ разъемами, что позволяет подключить сервер или другой сегмент сети по 10-гигабитному интерфейсу.

Плюсы проводной сети

Основное достоинство проводной сети – стабильность и надежность работы.

Высокая скорость и стабильность работы. Итак, возьмем распространенную конфигурацию сети со скоростью работы 1 Гбит/с. Эта скорость доступна для каждого клиента в сети и не делится между ними, плюс, это скорость в каждую сторону, т.е. суммарная пропускная способность может достигать 2000 Мбит/с (IEEE 802.3ab). Кроме того, есть поддержка больших пакетов (Jumbo Frame, это пакеты по 9кб и 16кб), что позволяет увеличить скорость при передаче больших объемов данных за счет сокращения передачи служебной информации, а также снизить нагрузку на процессор. Еще одним способом, повышающим пропускную способность сети, является агрегация каналов (IEEE 802.3ad), которая позволяет получить пропускную способность выше 1 Гбит/с. Наконец, витая пара эффективно работает при длине провода до 100 м без ухудшения стабильности и скорости соединения.

Оборудование. Гигабитный контроллер проводной сети сегодня интегрирован в любую продающуюся материнскую плату, т.е. по факту является бесплатным для пользователя. Кабели тоже относительно дешевы, плюс, их можно нарезать самостоятельно до нужной длины. Сетевое оборудование на рынке есть, что называется, на любой вкус и кошелек, всегда можно найти недорогие и при этом эффективные решения.

Безопасность. Один из существенных плюсов проводной сети – безопасность. В первую очередь физическая, т.к. чтобы подключиться к сети, злоумышленнику нужен физический доступ в помещение, к розетке.

Минусы проводной сети

Как и с любым кабелем, основной минус – необходимость прокладки кабелей до каждого рабочего места, а в дальнейшем – привязка работника к этому рабочему месту. Разводка, как правило, осуществляется при ремонте помещения, поэтому при любых изменениях в организации офиса сетевую инфраструктуру тоже, скорее всего, придется перекладывать. В результате поменять рассадку сотрудников, добавить рабочие места или сетевое оборудование (принтер, МФУ и пр.) – нетривиальная задача, для которой может потребоваться перепрокладка кабелей. Ну или разного рода «костыли».

Наконец, к одному проводу возможно подключение только одного устройства, а некоторые устройства (смартфоны, планшеты и т.д.) к проводной сети вообще не подключишь.

Что выбрать: US, EU, UK или AU?

Основы

Наиболее распространены 4 вида: US, EU, UK и AU. Некоторые пользователи, кто еще не сталкивался с этим, даже не обращают внимания на эти аббревиатуры… (а зря ).

Обратите внимание на выбор стандарта… Так вот, эти аббревиатуры обозначают тип штекера (как видите на фото ниже, они все имеют разную геометрию и не обратно-совместимые!)

Так вот, эти аббревиатуры обозначают тип штекера (как видите на фото ниже, они все имеют разную геометрию и не обратно-совместимые!).

US, EU, UK, AU

Примечание!

В России, Украине и Белоруссии используется стандарт EU (см. фото). Его еще иногда помечают как EC, или EU Type C. Но о их разнице …

Краткое пояснение:

1. US — американский тип розеток (вообще, их несколько подвидов). Используется в странах: США, Японии, и др. Напряжение: 100-120 Вольт, частота: 60 Гц;
2. EU — один из самых популярных типов розеток, так называемая «Евро». Используется в России, Турции, Египте, Алжире, странах Евросоюза и СНГ. Напряжение: 220 Вольт, частота: 50 Гц.
3. UK — английский тип розеток (страны: Великобритания, Сингапур, Мальта, Кипр и др.). Напряжение 220 Вольт;
4. AU — австралийская розетка (страны: Австралия, Китай, Фиджи, Новая Зеландия и пр.). Напряжение: 220 Вольт.

Чем отличается EC, EU, EU Type C?

• ЕС — это Европейский союз;
• EU (European Union) — это тоже самое, просто на другой «лад». Т.е. между EC и EU — никакой разницы.

Однако, иногда можно встретить еще одно обозначение: EU type C (или EC type C). Она отличается от EU наличием дополнительной изоляцией у основания (считается это более безопасным, т.к. практически исключены случайные касания пальцев при подключении штекера к сети). Разумеется, EU и EU type C — обратно-совместимые. См. фото ниже.

US, EU, UK, AU (еще одна иллюстрация)

Что делать, если был куплен прибор не с тем штекером (можно ли его подключить к нашей розетке?)

Если у вашего устройства используется другой стандарт штекера — то разница может быть не только в самой геометрии ножек у вилки, но и напряжении (частоте), под которое оно рассчитано.

Т.е. нельзя просто отрезать одну вилку и перепаять ее на другую, а затем подключить устройство к сети! Если, например, не будет учтено напряжение (а не везде оно 220 Вольт!) — можно просто-напросто спалить устройство (а возможно и выбить рубильник, или еще чего…).

Поэтому, не буду оригинальным, но, если вы не электрик, лучше всего воспользоваться готовыми адаптерами и переходниками. Благо, что их навалом в любом магазине, занимающимся электро-товарами. Если вы не собираетесь подключать что-то мощное к сети, то вопрос можно решить в пределах 1000-1500 руб.

Переходники и адаптеры

PS 

Также в этой заметке не могу не отметить, что типов розеток (на самом деле) несколько больше, чем я обозначил выше (см. скрин ниже). Некоторые из них очень похожи друг на друга и отличаются, например, только наличием заземления (и, разумеется, штекер без заземления, как правило, подходит к розетке с наличием ножек под заземление).

Типы розеток…

Так как я не электрик, да и блог не посвященной этой тематике — более я на этом не останавливаюсь. Вышесказанного должно хватить для общего понимания и возможности покупки «подходящего» электро-товара…

Дополнения по теме приветствуются…

Удачи!

RSS 
(как читать Rss)

Последовательная и параллельная передача

В телекоммуникации, последовательная передача — это последовательность передачи элементов сигнала, представляющих символ или другой объект данных. Цифровая последовательная передача — это последовательная отправка битов по одному проводу, частоте или оптическому пути. Так как это требует меньшей обработки сигнала и меньше вероятность ошибки, чем при параллельной передаче, то скорость передачи данных по каждому отдельному пути может быть быстрее. Этот механизм может использоваться на более дальних расстояниях, потому что легко может быть передана контрольная цифра или бит чётности.

Параллельной передачей в телекоммуникациях называется одновременная передача элементов сигнала одного символа или другого объекта данных. В цифровой связи параллельной передачей называется одновременная передача соответствующих элементов сигнала по двум или большему числу путей. Используя множество электрических проводов можно передавать несколько бит одновременно, что позволяет достичь более высоких скоростей передачи, чем при последовательной передаче. Этот метод применяется внутри компьютера, например, во внутренних шинах данных, а иногда и во внешних устройствах, таких, как принтеры. Основной проблемой при этом является «перекос», потому что провода при параллельной передаче имеют немного разные свойства (не специально), поэтому некоторые биты могут прибыть раньше других, что может повредить сообщение. Бит чётности может способствовать сокращению ошибок. Тем не менее электрический провод при параллельной передаче данных менее надёжен на больших расстояниях, поскольку передача нарушается с гораздо более высокой вероятностью.

RS-232 (V.24)

Один из самых распространенных последовательных интерфейсов определен в стандартах TIA-232 и CCITT V.24.

Интерфейс реализует обмен данными между двумя устройствами (соединение точка к точке) в дуплексном режиме на расстоянии до 15 м.

В самой простой конфигурации требуется три провода – ТхD (передаваемые данные), RxD (принимаемые данные) и GND (общий сигнальный провод). При этом управление передачей данных осуществляется с так называемым программным квитированием. Для передачи с программным квитированием имеются дополнительные линии, используемые для передачи сигналов управления, тактовых сигналов, а так же для сигнализации.

Интерфейсы устройств могут быть спроектированы как оборудование для передачи данных (DCE) или как оконченное оборудование обработки данных (DTE). Различительным признаком является разное направление передачи на линиях при одинаковом обозначении и назначении выводов. Пример: DTE-устройство осуществляет передачу через подключение TxD (передаваемые данные), в то время как DCE-устройство через это же соединение принимает данные. Такое решение позволяет реализовать простую прямую связь между двумя устройствами. При соединении однотипных устройств все соединительные линии необходимо перекрещивать.

Уровни сигналов обеих линий передачи данных определены следующим образом:

• от -3 до -15 для логического значения «I»
• от +3 до +15 для логического значения «0»

На линиях передачи управляющих и оповестительных сигналов логика работы, напротив, инвертирована (лог. «I» = положительный потенциал). Максимальная скорость передачи данных составляет 115,2 кбит/с. В промышленных условиях дистанцию передачи в таком случае рекомендуется уменьшить до 5 м.

Чистые виртуальные функции с определениями

Оказывается, мы можем определить чистые виртуальные функции:

#include <iostream>
#include <string>

class Animal // это абстрактный родительский класс
{
protected:
std::string m_name;

public:
Animal(std::string name)
: m_name(name)
{
}

std::string getName() { return m_name; }
virtual const char* speak() = 0; // окончание «= 0» означает, что эта функция является чистой виртуальной функцией
};

const char* Animal::speak() // несмотря на то, что вот здесь её определение
{
return «buzz»;
}

В этом случае speak() по-прежнему считается чистой виртуальной функцией (хотя позже мы её определили), а Animal по-прежнему считается абстрактным родительским классом (и, следовательно, объекты этого класса не могут быть созданы). Любой класс, который наследует класс Animal, должен переопределить метод speak() или он также будет считаться абстрактным классом.

При определении чистой виртуальной функции, её тело (определение) должно быть записано отдельно (не встроено).

Это полезно, когда вы хотите, чтобы дочерние классы имели возможность переопределять виртуальную функцию или оставить её реализацию по умолчанию (которую предоставляет родительский класс). В случае, если дочерний класс доволен реализацией по умолчанию, он может просто вызвать её напрямую. Например:

#include
#include

class Animal // это абстрактный родительский класс
{
protected:
std::string m_name;

public:
Animal(std::string name)
: m_name(name)
{
}

std::string getName() { return m_name; }
virtual const char* speak() = 0; // обратите внимание, speak() является чистой виртуальной функцией
};

const char* Animal::speak()
{
return «buzz»; // реализация по умолчанию
}

class Dragonfly: public Animal
{

public:
Dragonfly(std::string name)
: Animal(name)
{
}

virtual const char* speak() // этот класс уже не является абстрактным, так как мы переопределили функцию speak()
{
return Animal::speak(); // используется реализация по умолчанию класса Animal
}
};

int main()
{
Dragonfly dfly(«Barbara»);
std::cout

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43

#include
#include

classAnimal// это абстрактный родительский класс

{

protected

std::stringm_name;

public

Animal(std::stringname)

m_name(name)

{

}

std::stringgetName(){returnm_name;}

virtualconstchar*speak()=;// обратите внимание, speak() является чистой виртуальной функцией

};

constchar*Animal::speak()

{

return»buzz»;// реализация по умолчанию

}

classDragonflypublicAnimal

{

public

Dragonfly(std::stringname)

Animal(name)

{

}

virtualconstchar*speak()// этот класс уже не является абстрактным, так как мы переопределили функцию speak()

{

returnAnimal::speak();// используется реализация по умолчанию класса Animal

}

};

intmain()

{

Dragonfly dfly(«Barbara»);

std::cout

Результат выполнения программы:

Хотя это используется редко.

Синхронные и асинхронные интерфейсы

Примеры которые мы привели выше были синхронными, они так называются потому что используют отдельный вывод, который сообщает принимающей стороне когда считывать данные. К ним относится SPI и USART. Однако, USART (с англ. Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter) как не сложно догадаться может работать в асинхронном режиме. Если время передачи бита известно, то сообщать когда именно нужно считывать бит нет необходимости. Однако нужно как-то различать между собой принятые байты. С этой целью в последовательность высоких и низких уровней на шине внедряют задержки (старт и стоп-биты). Они отличаются по длительности от обычных и , благодаря чему всегда можно определить где начало, а где конец посылки. Асинхронная версия USART называется UART.

Кодировка битов может быть осуществлена не только как — высокий уровень и — низкий уровень. В интерфейсе 1-Wire и кодируется одновременно и низким и высоким уровнем, отличается лишь их заполнение временного отрезка. Вы увидите это дальше в курсе, когда мы будем разбираться с датчиком температуры.

В интерфейсе SPI напротив, считывание сигнала происходит только по команде тактирующей линии.

У вас наверняка возникает философский вопрос, — «Зачем есть капусту, когда есть картошка?» Может показаться, что линия с тактовым сигналом излишня. Да. Но это не всегда так. Линия с тактовым сигналом делает интерфейс независимым от стабильности тактирующих систем узлов. Если погрешность будет слишком велика, то у устройств с асинхронным интерфейсом может произойти рассогласование. В случае с синхронным, тактовый сигнал задаётся передающим устройством (не совсем корректно, но пока пусть будет так), поэтому после первого бита линию можно повесить, условно, на полчаса без каких либо последствий и продолжить передачу после этого.

Интерфейс настроек роутера

Как мы уже поняли, чтобы настроить роутер, мы должны вступить с ним в диалог. То есть мы даем ему команду, он нас слышит, понимает, и выполняет. Интерфейсом, то есть посредником между пользователем и маршрутизатором, будет выступать самый обычный веб браузер (IE, Firefox, Opera и т.д.). Происходит это следующим образом.

Мы подключаемся роутером к компьютеру сетевым проводом патч корд, или через Wi-Fi, и запускаем веб браузер. У любого маршрутизатора есть сетевой IP-адрес – вводим его в адресную строку браузера. Например – 192.168.1.1.

Адрес именно вашего маршрутизатора узнать не сложно – либо переверните его и прочитайте IP на этикетке под днищем, либо в инструкции по настройке роутера.

Нажимаем «Enter», и роутер сразу спросит – а с кем имею честь общаться? То есть необходима авторизация. Имя пользователя и пароль также указываются под днищем роутера и в мануале. Вводим их в соответствующие поля и входим в меню настроек.

Настройки роутера

После входа в настройки начинается непосредственно общение с роутером, его настройка. Для удобства для человека (но никак не для компьютера или роутера) настройки производятся в удобном меню, с пунктами и подпунктами.

Вся эта «понятность» и «логичность» меню нужна только человеку, и оно действительно работает – настроить роутер очень легко и быстро даже пользователю с малым опытом. Это говорит о дружественном интерфейсе.

Например, нас нужно настроить Wi-Fi.

Настройка Wi-Fi маршрутизатора

Разумеется, мы переходим в пункт меню «Wireless», что означает беспроводная сеть.

В открывшемся окне мы производим настройку именно Wi-Fi сети, ничего другого. Идет общение пользователя и маршрутизатора, взаимное понимание, интерфейс.