1. VERİ HABERLEŞME SİSTEMLERİ İŞLEMLERİ
Bu bölümde; genel işaretleşme kavramları, modülasyon
teknikleri ve iletim oranlarına genel bir giriş yapılmıştır. Ek olarak, veri
haberleşme kodları ve makinelerin birbirlerine iletim yaparken eşzamanlamanın
nasıl sağlandığı konularına değinilmiştir. 1.1 Verinin İletilmesi Bilgisayarların, veri haberleşmesinin ve ağların amacı veriyi bilgiye
çevirmektir. Veri bir bilgisayarda saklanır ve bir haberleşme sistemi
üzerinden ikilik tabanda (0 veye 1’ ler biçiminde) iletilir. Bir bilgisayardaki bitler elektrik işaretinin polarizasyon seviyeleri ile
gösterilirler. Bir bilgisayardaki saklama elemanı içindeki yüksek-seviye
işareti 1’i ve alçak-seviye işareti 0’ı gösterebilir. Bu elemanlar birlikte
dizilerek belirlenmiş kodlara göre sayı ve karakterleri oluştururlar. Veri; haberleşme yolu üzerinden (örneğin telefon hattı)
bilgisayar-yönlendirmeli cihazlar arasında elektrik işaretleri ve bit
katarları ile iletilir. Bu elektrik işaretleri ve bit katarları harf ve
karakterleri belirtir. Bazı durumlarda, veri ışık işaretleri ile gösterilir
(fiber optik hatlarda). Bit dizileri kullanıcı verisini ve kontrol verisini
tanımlar. Kontrol verisi, haberleşme ağını ve kullanıcı verisi akışını yönetmek
için kullanılır. Şekil 1-1’de, verinin gönderici cihazdan çıkışı, haberleşme ortamından
geçişi ve alıcı cihaza gelişi görülmektedir. İkilik veri kodu, terminaller ve
çıkışlarda on tabanına çevrilirek gösterilir. Saniye başına bit (bit/sn) terimi iletim hızını belirtmek üzere
kullanılır. Bu terim haberleşme yolu veya parçası üzerinden saniyede iletilen
bit sayısını verir. Örneğin 2400 bit/sn’lik bir hat, bir sayı veya karakteri
belirtmek için 8-bit’lik kodlar kullanıyorsa, saniyede iletilen karakter
sayısı 300 (2400 / 8) olur. Haberleşme hızı genelde bit/sn oranı ile
verilir. 1.1.1 İletim karakteristikleri Veri haberleşmesini anlamak için, elektriğin iletim karakteristikleri
hakkında genel bir bilgiye sahip olunmalıdır. Hat kapasitesi, hata kontrol
teknikleri, haberleşme yazılımı, ve diğer pek çok ağ bileşeni elektriğin
yapabildikleri ve sınırlamaları çerçevesinde analiz edilir ve
tasarlanır. Şekil 1-1’den de görüldüğü gibi veri, haberleşme kanalı üzerinden elektrik
işaretinin değişimleri ile iletilir. Bu değişimler 1 ve 0’ları gösterir.
Elektrik işaretinin konumu kendini ya bir işaret seviyesi ya da bir başka
kompleks elektrik işareti şeklinde gösterir. Bir işaretin iletim yolu
üzerindeki hareketine işaret yayılması denir. Bir kablo yolu üzerinde, işaret
yayılması elektrik akımı şeklindedir. Bilgisayar siteleri arasındaki
radyo transmisyonu ise, havada elektromanyetik dalga olarak yayılan elektrik
işaretlerinin algılanması ile başarılır.
Şekil 1-1 Verinin
İletilmesi Haberleşme kanalındaki birçok işaret Şekil 1-1 ve Şekil 1-2(a)’da
görüldüğü gibi salınım yapan dalga şekilleri içerir. Bilgisayar verilerinin
taşınmasını sağlamak için salınım yapan işaretlerin üç parametresi değiştirilebilir
(genlik, frekans, faz). Genlik veya gerilim kablo üzerine düşen elektrik yükü
miktarı ile belirlenir. Şekil 1-1’den bu gerilimin ikilik konumlara (1 veya
0) bağlı olarak yüksek veya düşük olduğu durumlar görülmektedir. Elektriğin bir diğer karakteristiği watt birimi ile ölçülen güçtür. İşaret
gücü, işaretin bir kablolu haberleşme devresinde gidebileceği veya
yayılabileceği mesafeyi belirler. Baud terimi de veri haberleşmesinde sıkça kullanılır. Bu terim hat
üzerindeki işaretin değişme oranını tanımlar. Bunu işaret hızı olarak da
açıklayabiliriz. Örnek olarak, Şekil 1-1’deki gönderici cihaz bitleri ikili
gruplar halinde toplamakta (00,01,10,11) ve bunlardan her bir grup için
farklı genliklerde salınım yapan dalga şekilleri elde etmektedir. Bu örnekte,
bit transfer oranı baud’un (ya da işaret değişme oranının) iki katıdır.
Günümüzde kullanılan modemler her bir baud için 8-bit oranlarına kadar
çıkarak daha büyük bir işaret transfer kapasitesine ulaşırlar. Şekil 1-1’de görülen işleme modülasyon denir. Bu terim veri katarının
haberleşme yolu için değiştirilmesi veya modüle edilmesi anlamındadır. İşaret aynı zamanda frekansından, başka bir deyişle belli bir zaman
aralığında yaptığı tam salınım sayısından tanınır. Frekans saniye başına
yapılan salınım sayısı ile ölçülür. Elektrik endüstrisinin tanımladığı 1 Hz
birimi, saniyede bir salınım demektir.
Frekansı tanımlamak için kullanılan bir başka terim birim saniyedeki
çevrim sayısıdır (cps: cycles per second). Dalganın frekansının,
genliği ile ilgisi yoktur. İşaretler genlik ve frekansın değişik
kombinasyonlarına sahip olabilirler. Genlik işaret seviyesini ve negatif veya
pozitif gerilim değerini belirtirken frekans, işaret salınım oranını (Hz
birimi ile) belirtir. İşaretin fazı, işaretin çevrimine ne kadar ileriden başladığını tanımlar.
Şekil 1-2(b)’de işaretin fazı; başlangıç (0°), ¼ çevrim (90°), ½ çevrim
(180°), ¾ çevrim (270°) ve tam çevrim (360°) noktalarında gösterilmektedir.
Dalga, şekilde görüldüğü üzere, sinüs dalgasında veya bir çemberde olduğu
gibi dereceler ile de etiketlenebilir. Sinüs dalgası denmesinin sebebi,
dalganın trigonometrik sinüs fonksiyonunda olduğu gibi değişim
göstermesindendir. Sinüs dalgası, çembersel hareketten üretilmiştir. Elektrik
işaretlerinin trigonometri kullanılarak tanımlanması mühendisler için çok
değerlidir. Bir yoldaki veri işaretinin bilgi oranı kısmi olarak işaretin genlik,
frekans (veya frekanslar) ve fazına bağlıdır. Şekil 1-1’den görüldüğü gibi
bilgi oranı (bit/sn), işaretin hangi sıklıkta durum değiştirdiğine bağlıdır.
İşaretin genlik, frekans ve fazındaki değişiklikler hat üzerinde bir durum
değişimi oluştururlar. Bu değişim 0’ı 1’e veya 1’i 0’a çevirir. İkilik 1’ler
ve 0’lar, hat üzerinde bilgisayarlar arası akan, kullanıcı veri
mesajlarındaki karakter ve harfleri temsil etmek üzere kodlanırlar. Yukarıda bahsedilen işarete analog işaret denir çünkü sürekli yani
ayrık olmayan bir karakteristik gösterir. Bu şekildeki bir iletim,
bilgisayarlarda kullanılan ayrık ikilik sayıların iletimi için
tasarlanmamıştır. Geniş bir kullanım alanına sahip olmasının nedeni, ilk
zamanlarda veri haberleşme ağları geliştirilirken analog kolaylıklar sağlayan
telefon sisteminin halihazırda mevcut olmasıdır. Telefon hattı, analog bir doğası olan sesi taşımak için tasarlanmıştır.
İnsan sesi analog dalga şeklinde çıkar. İşaretler hava basıncının değişmesi
ile salınım yapan örneklerdir. Bu mekanik titreşimler telefon mikrofonu
tarafından hissedilir ve elektriksel gerilim örneklerine çevrilir. Analog ses işareti ve dönüştürüldüğü elektriksel işaret tek bir frekansta
değildir. Daha doğrusu ses ve onun telefon hattındaki elektriksel karşılığı,
birçok farklı frekanstaki dalga şekillerini içerir. Bu frekansların belirli
bileşimleri sesi ve sesin perdesini tayin eder. Doğadaki bir çok olay farklı
frekansların bileşimi ile meydana gelir. Örneğin; gökkuşağındaki renkler
farklı ışık dalgası frekanslarından; müzik sesleri yüksek veya alçak
perdelerin oluşturduğu farklı akustik frekanslardan oluşur. Bu olaylar
frekans bandları veya aralıkları içerirler. İnsan kulağı 40 Hz ile 18000 Hz arası sesleri algılayabilir. Telefon
sistemi bu frekans bandının tümünü iletmez. Tam aralık, ses işaretini alıcıda
oluşturmak için gerekli değildir. Ekonomik nedenlerden dolayı telefon
hatlarında 300 Hz ile 3300 Hz bandı iletilir (tam aralık biraz daha
fazladır). Bu nedenle telefonla yaptığımız konuşmalarda sesimiz doğal
halinden farklıdır. 1.1.3 Band genişliği Bir haberleşme hattının taşıyabildiği frekans aralığı, hattın band
genişliği olarak tanımlanır. Band genişliği veri haberleşmesi için çok önemli
bir etkendir çünkü haberleşme hattının kapasitesini (bit/sn), hattın band
genişliği belirler. Eğer telefon kanalının band genişliği 3 kHz ’den
(300-3300 Hz) 20 kHz ’e çıkarılsaydı, kanal sesin tüm karakteristiğini
taşıyacaktı. Bu, aynı zamanda iletilen verinin doğruluğunu arttırır. Daha
büyük band genişliği kullanılarak daha iyi bir veri iletim oranı sağlanacağı
açıktır. Band genişliğinin etkileri Shanonon, Fourier ve Nyquist gibi bilim
adamları tarafından saptanmıştır. Fourier, periyodik işaretlerin sinüzoidal
fonksiyonların toplamı biçiminde elde edilebileceğini göstermiştir. Periyodik
olmayan fonksiyonlar da bazı koşullar altında bu şekilde elde edilebilir.
Böylece elde edilen toplama Fourier serisi denir (daha detaylı bilgi için
Bkz. Haberleşme Teorisi, Prof. Metin YÜCEL, Yıldız Üniversitesi Yayınları).
Şekil 1-3’te hattın durumu saniyede 2000 kez değişmektedir; başka bir
söyleyişle işaret değişme oranı 2000 baud’tur. 500 Hz ile sınırlı bir band
genişliği işaretin doğru olarak algılanması için yeterli olmaz. Band
genişliği büyüdükçe sayısal seviyeler daha doğru bir biçimde ortaya
çıkacaktır. Daha büyük band genişliği, daha yüksek hat kapasitesi demektir. Bu durum,
Tablo 1-1’in incelenmesi ile anlaşılabilir. Elektromanyetik frekans spektrumu
aralıkları göreceli olarak sınırlıdır. Bu aralık, ses frekans bandından
başlar, X-ışını veya kozmik ışık bandına kadar sürer. Yüksek frekansların
önemi, ses frekans spektrumu ve mikrodalga veya koaksiyel kablo iletim
ortamları incelenerek anlaşılabilir. 1 kHz ve 10 kHz arası band genişliği 9
kHz’dir ki bu hemen hemen 3 kHz’de ses taşıyan hatların 3 katıdır. 10 MHz ile
100 MHz arası (HF ve VHF spektrumu) band genişliği 90 MHz’dir ki bu da teorik
olarak ses-sınıfı hattın 30000 katına eşdeğerdir. Bu küçük örnek, haberleşme
endüstrisinin daha büyük band genişliği kapasitesi için niye yüksek radyo
frekanslarını kullanan teknolojilere yöneldiğini göstermektedir.
Şekil 1-3 Band
Genişliğinin Etkisi Tablo 1-1 Frekans
Spektrumu
1.1.4 Periyot ve dalga boyu Bir çevrim için gereken süreye periyot denir. Örneğin, 2400 Hz’deki bir
işaret, 0.000416 sn’lik bir çevrim periyoduna sahiptir (1 sn / 2400 =
0.000416 sn). Periyot (T), 1/F olarak hesaplanır ki burada F frekanstır
(Hz). WL : Dalga boyu İşaretin dalga boyu ağ cihazı seçiminde, protokol tasarımında ve
cevap-zamanı analizinde çok önemlidir. 1.1.5 Diğer dalga şekilleri Çok yaygın olan diğer bir yaklaşım da ikilik değerleri simetrik kare dalga
kullanarak iletmektir (Şekil 1-4). Kare dalga pozitif polarizasyondan
negatif polarizasyona anlık sürede geçen bir gerilimi gösterir. Kare dalga,
sayısal veri iletimi için mükemmel bir şekildir, çünkü ikilik durumlar olan 1
ve 0’ları, pozitif ve negatif değerler ile gösterebilir.
Şekil 1-4 Kare
Dalga 1.1.6 DC işaretler Bir çok haberleşme sistemi analog (AC) iletim kullanmaz. Doğru-akım (DC)
iletim, daha basit bir yaklaşımdır. DC işaretler, yalnızca ayrık 1’ler ve
0’ları gösterebilen simetrik kare dalgaya benzerler. Ancak DC iletici,
salınım yapan dalga şekli yerine, açık-kapalı elektrik enerjisi darbelerini
kullanır. Ek olarak, DC işaret olduğu gibi iletilir, üzerine başka işaret
veya frekans bindirilmez (modüle edilmez). Bir AC işaret, başka frekanslar
tarafından taşınmak üzere (yeterlilik, hız ve iletim mesafesi etkenleri
yüzünden) yeniden şekillendirilir. Bu işaret şekillendirilmesi modülasyon
olarak anılır. Bir çok sistem sınırlı bir mesafede çalıştığı için daha güçlü
ve daha pahalı olan AC iletime ihtiyaç duymaz, bunun yerine DC işaretleşmeyi
kullanır. Sinüzoidal dalga şekli, simetrik kare dalga gibi, uzak mesafe veri
haberleşme hatları için gerekli iletim tipidir. Sayısal bit katarları hem DC
hem de AC işaretlerle taşınabildiği halde, uzak mesafe iletiminde AC
işaretler kullanılır. Telgraf, DC işaretleşme için iyi bir örnektir. Telgraf cihazının düğmesi
bir anahtardır ve operatör tarafından basılınca devreyi kapayarak hattın
gönderici ucuna bir gerilim düşürür. Gerilim, hat üzerinde bir akım oluşturur
ve alıcıda darbe olarak algılanır. Alıcı, akım darbesini kısa, duyulabilir
bir tona çevirir. İlk sistemlerde iletilen akım, alıcı tarafta pille beslenen
bir elektromıknatısla aktif edilmekteydi. Elektromıknatıs gelen işarete göre
anahtarı çeker veya iterdi (devreyi kapar veya açardı). Bu yapıda çalışan bir
anahtarlama cihazına röle denir. Anahtarın mekanik hareketi ile, duyulabilir
tıklamalar üretilirdi ve bu tıklamalar bir kod deseni oluştururdu. Anahtarın
basılma süresi meşhur Morse Kodu’nun nokta ve çizgilerini belirlerdi. 1.1.7 İletim sığası, hız ve gecikme Bir haberleşme sisteminin iletim sığası (kapasitesi) bit/sn olarak
gösterilir. Bilgisayar üzerinde çalışan kullanıcı uygulamaları için cevap
süresi ve veri akışı, sistemin sığasına bağlıdır. Örneğin; 4800 bit/sn’lik
hat, 2400 bit/sn’lik hattın iki katı sığaya sahiptir. Bu da arttırılmış bir
akış ve daha kısa bir cevap-süresi sağlar. Bunu söyledikten sonra ‘neden hattaki işaret durumunu (baud) daha hızlı
değiştiren bir iletici tasarlanmıyor?’ diye düşünülebilir. Belirli sınırlar
dahilinde bu gerçekten başarılabilir. Ancak haberleşme sistemlerinde
kısıtlamalar vardır ve bunlar iletim oranlarına sınırlarlar. Telefon ağı ses taşımak için üretilmiştir ve düşük band genişlikli
işaretlerle çalışır. Yeterli ses kalitesi 3 kHz’lik bir frekans spektrumu
gerektirir. Ses-sınıfı devrelerin frekans spektrumu, yüksek bit/sn
oranlarının iletimini gerçekleştiremez. Band genişliği, işaret gücü ve iletken üzerindeki gürültü, iletim sığasını
sınırlayan etkenlerdir. Gerçekten de arttırılmış bir işaret gücü hat sığasını
arttırır ve aynı zamanda daha uzak mesafelere işaret yayılımı yapılabilmesini
sağlar. Ancak aşırı güç, sistemdeki parçalara zarar verebilir ve/veya
ekonomik olarak karşılanamayabilir. Hattaki gürültü problemi hattın tabiatında olan ve ortadan kaldırılamayan
bir problemdir. Gürültü (Termal, Gaussian, beyaz veya arka plan gürültüsü),
elektronların iletken üzerindeki sabit, rasgele hareketlerinden meydana gelir
ve kanal sığasına bir sınırlama getirir. Telefon hatlarında işittiğimiz
ıslığa benzer ses böyle bir gürültüdür. Tüm elektrik iletkenleri birer
gürültü kaynağıdır. Gürültü gücü, band genişliğe ile doğru orantılıdır, yani
band genişliğini arttırmak ek gürültüye yol açacaktır. Eklenen gürültüyü
azaltmak için süzme olarak bilinen bir elektronik teknik kullanılır. Haberleşmenin temel kanunlarından biri Shannon Kanunu’dur. Shannon bir
iletim yolunun sığasını aşağıdaki formülle göstermiştir: C = W log2 (1+S/N) (1-2) C = bit/sn olarak maksimum sığa, W = Band genişliği, Bir kanal üzerinden gönderilebilecek maksimum bilgi miktarı ‘kanal sığası’
olarak adlandırılır. Formül incelendiğinde W’yi arttırmanın, işaret gücünü
arttırmanın veya gürültü seviyelerini düşürmenin müsaade edilen bit/sn
oranını arttıracağı görülebilmektedir. 1000’e 1 S/N oranı olan bir ses-sınıfı
hattın müsaade edebileceği maksimum sığa 25900 bit/sn’dir. Shannon kanunu ile
bulunan teorik limit, pratikte daha düşüktür. İletimde oluşan hatalar
nedeniyle Shannon kanunu tam sınırları ile kullanılamaz. Örneğin; 25900
bit/sn oranı o kadar küçük bir zaman ister ki (1 sn/25900 = 0,00004 bit
zamanı) hattaki ufak bir kusur bile bitlerin bozulmasına neden olabilir.
İşaret konumunun kendi başına 1 bitten fazlasını göstermesi sağlanarak, yani
baud değeri arttırılarak Shannon kanununun zorlamaları
hafifletilebilir. S/N oranını yükseltmek için kullanılan bir yöntem, hatta daha çok işaret
yükselticisi koymaktır. İşaret hatta ilerlerken, yükselticiler tarafından
periyodik olarak güçlendirilir. Hat boyunca gürültü sabit olduğundan,
yükselticiler işaret gücünün belli bir seviyenin altına düşmemesini
sağlayacak yeterli aralıklarla yerleştirilmelidir. Ancak yükselticilerin sık
aralıklarla yerleştirilmesi S/N oranını arttırırken, aynı zamanda oldukça
masraflı olur. Dikkat edilmesi gereken bir nokta da, yükselticilerin dikkatli
bir biçimde tasarlanarak işaretle birlikte yükseltilen gürültü oranının en
düşük seviyede tutulmasını sağlamaktır. Tablo 1-2 İletim
Gereksinimleri
Sayısal iletim tekniği kullanılarak bir devrenin gerçekten de 25.9 kbit/sn
oranından çok daha büyük işaret oranlarını taşıyabilmesi sağlanabilmektedir.
Ancak sayısal iletim daha büyük band genişliği ve daha sık aralıklar ile
sayısal tekrarlayıcıların (analog yükselticinin sayısal eşdeğeri)
kullanılmasını gerektirir. Sayısal iletim için yüksek bir S/N oranı gerekmez
çünkü Shannon kanunundan görüldüğü gibi, göreceli olarak, band genişliğindeki
küçük bir artma, S/N oranındaki çok daha büyük bir azalma ile
karşılanabilir. Günümüzde, farklı hat hızlarını destekleyen, geniş bir fiyat yelpazesine
sahip ürün seçeneklerinin sayısı hızla artmaktadır. Seçim, kaçınılmaz olarak
kullanıcı ihtiyacı ve bu ihtiyacın karşılanması için gereken maliyete göre
yapılır. Tablo 1-2’de, bazı bulunabilir iletim hız aralıkları ve
bunları kullanan tipik kullanıcı uygulamaları görülmektedir. Görüldüğü gibi
çok geniş bir seçenek aralığı mevcuttur, ve kbit/sn mertebelerindeki
iletim oranları birçok iletim tipi için uygun olmamaktadır. "130,000 mil/sn iletim hızı yeterli midir?" Unutulmamalıdır ki
teorik olarak Birleşik Devletler’deki 3000 millik bir hat üzerinden, işaret
hedefine 0.023 sn’de (3000 mil/130,000 mil/sn = 0.023 sn) varmaktadır
(Hatırlayalım ki, ara parçalar ek bir gecikmeye sebep vermektedir). Bu soru
şöyle yanıtlanabilir: İletim hızının yeterliliği kullanıcının ihtiyacına ve
kullanıcının uygulamasına bağlıdır. Örneğin, 0.023 sn’lik gecikme, insan
operatörler arasındaki bir mesaj transferi için yeterli olurken, iki
bilgisayarın dağılmış veri tabanında multiprosess yaptığı bir çevrede
yetersizdir. 23 msn’lik bir bekleme süresi bilgisayar işlemcisinin ciddi veri
tabanı eşzamanlama problemleri ile karşılaşmasına sebep olmaktadır. 1.2 Eşzamansız ve Eşzamanlı İletim Şekil 1-5’te basit bir iletim süreci gösterilmiştir. İletilen bitler
birbirlerini tam olarak eşit zaman aralıkları ile izlemektedirler ve alıcı
taraftaki algılama ve zamanlama mekanizmaları ile ölçülmektedirler. Başla
biti, veri karakterinin önünde gelir ve alıcı tarafa verinin yolda olduğunu
belirtir (başla bitinin algılanması). Başla biti gelmeden önce yol veya hat
‘boştur’ denir ve bir başla biti gelene kadar hat boş konumunda kalır. Boş
konumda kaldığı sürece, hat akım çeker. Bu seviyeden düşük işaret seviyesine
geçiş; alıcı cihazdaki örnekleme, sayma ve veri biti katarı alıcısı (bit
sayıcısı) mekanizmalarını başlatır. Veri bitleri akım varsa mark (ikilik 1),
akım yoksa space (ikilik 0) olarak algılanır. Kullanıcı veri bitleri, register veya tampon (buffer) gibi geçici bir saklama
alanına aktarılır. Daha sonra da bu bitler işlenmek üzere bilgisayara veya
terminale aktarılır. Dur biti, bir yada daha fazla mark işaretinden oluşur ve
alıcı tarafa (eski cihazlarda) sıradaki karakter için mekanizmasını
hazırlayacak bir zaman aralığı sağlar. Dur bitinden sonra işaret boş
seviyesine geçer ve sıradaki karakterin 1-0 geçişi ile başlamasını garanti
eder. Eğer önden gelen karakter hep 0’lardan oluşursa ve dur biti, gerilim
yüksek veya boş seviyeye alınarak gösterilmezse, başla biti algılayıcısı
şaşıracaktır.
Şekil 1-5
Eşzamansız iletim süreci Alıcı ve verici arasında sürekli bir eşzamanlama olmadığı için bu haberleşmeye
eşzamansız iletim denmektedir. Bu iletim veri karakterinin, ön bir zamanlama
işaretine bakılmaksızın, herhangi bir anda iletilebilmesini sağlamaktadır.
Zamanlama işareti veri işaretinin bir parçasıdır. Eşzamansız iletim genelde
yazıcılarda ve düşük hızlı bilgisayar terminallerinde kullanılır. Birçok
kişisel bilgisayar eşzamansız iletimi kullanır. Eşzamansız iletimin avantajı
basit olmasıdır. Şekil 1-6 Bit
Örnekleme Saat cihazı bir veri haberleşme sisteminin en önemli unsurlarından
biridir. Kullanılma amacı, hat üzerinde önceden tanımlanmış işaret
seviyelerinin varlığını veya yokluğunu sürekli olarak incelemek ve örneklemektir.
Ayrıca tüm iç parçaların eşzamanlamasını sağlamaktadır. Saatin hızı, bir
saniyede ürettiği darbe sayısı ile belirlenir. Şunu da not edelim ki saat,
sistemi oluşturan diğer elemanlara da bağlanarak tüm elemanların tutarlı bir
biçimde zamanlamasını sağlar. Gerçekte, örnekleyici saat haberleşme hattını gelen veriden daha hızlı bir
oranda örnekleme işlemini gerçekleştirir. Örneğin; veri 2400 bit/sn’de
gelirken zamanlama mekanizması belki de saniyede 19,200 kere (gelen işaretin
8 katı) örnek almaktadır. Daha sık örnek almak, alıcının 1-0 ve 0-1
geçişlerini daha erken algılamasını sağlar. Bu sayede alıcı ve verici cihaz
daha yakın bir eşzamanlılıkta tutulmaktadır. Örnekleme hızının önemi Şekil 1-6’da açıkça görülebilmektedir. 2400 bit/sn
hızındaki bir hatta bit zamanı 416 msn olur. Saniyede yalnızca 2400 örnek
alınırsa bitin başlangıcında ve sonunda bitten örnek alınabilir. Her iki
durumda da bit algılanmaktadır. Ancak, bir işaretin hafifçe değişmesi ve hat
üzerinde daha kısa veya daha uzun bir süre bulunması muhtemeldir. Yavaş bir
örnekleme oranı hat üzerindeki durum değişimini doğru zamanda örnekleyemez ve
işaret sürüklendikçe, bitler alıcı istasyondan doğru olarak alınamaz. Şekil 1-7 Eşzamanlı
iletim süreci (Kısa mesafelerde çalışan devrelerde) Daha etkin bit yöntem olan eşzamanlı iletimde, alıcı ve verici
istasyonlarda ayrı zamanlama işaretleri vardır. Şekil 1-7’de eşzamanlı iletim
şeması görülmektedir. Bu yöntemle veri, kontrol bitleri arasına
yerleştirilmektedir. Bu bitlere genelde bayrak (flag) denir. Bunlar alıcıya
mesajın geldiğini haber verirler. Kısa mesafeli devrelerde cihazlar arası
zamanlama işaretlerini sağlamak üzere ayrı bir kanal kullanılabilir. Eşzamansız iletimde olduğu gibi, alıcı cihaz bayrak bitlerini arar, ancak
yerel olarak zamanlama işareti üreterek, gelen işareti ne zaman ve ne
sıklıkta örnekleyeceğine karar verir. Zamanlama işareti, alıcıdaki ve
vericideki zamanlama cihazlarının eşzamanlamasını sağlar. Cihazlar arasında
eşzamanlama bir kez sağlandı mı artık cihazlar bu konumda kalırlar. Saatler
biraz kayabilir, fakat sıradan osilatör saatleri 1/100,000 çözünürlükte
çalışırlar. Yani bu osilatörler 100,000 sn süresinde 1 sn şaşırmaktadırlar.
Böylece saniyede 2500 kez örnekleme yapan bir osilatör belirli saniyeler
boyunca eşzamanlı kalmaktadır. Eşzamanlama için kullanılan bir başka yöntem
de, özel kodlar ile periyodik aralıklarla eşzamanlamayı yeniden sağlamaktır.
Bu kodlara zamanlama kodları denir. Alıcı, bayrağı kullanıcı verisinden ayırabilmelidir. Üreticiler bu
işareti, farklı bit katarları kullanarak belirtirler. Yaygın bir yaklaşım bir
bayrağı göstermek için 8 bitlik 01111110 değerini kullanmaktır. 1.3 Temel Terimler ve Kavramlar 1.3.1 Çerçeveler, başlıklar ve kodlar Elektrik işaretleri ve bit katarları hat üzerinden çerçeveler biçiminde
iletilirler (Bkz. Şekil 1-8). Çerçeve, kullanıcı verisi, kontrol verisi veya
her ikisinin birden bulunduğu mantıksal bir birimdir. Bir çerçeve genelde
aşağıdaki alanları içerir: · Kullanıcı verisi: Bir ya da daha çok alanı kapsar. Kullanıcı verisi, bir
terminal operatörü tarafından tuş takımı ile veya bir bilgisayar programının
çıkışı ile oluşturulur. Bit katarları, karakterleri özel kod kümelerine dayanarak belirtirler.
Günümüzde birçok kod çeşidi mevcuttur. Veri haberleşmesinde kullanılan eski
kodlar telgraf iletimi için tasarlanmıştır. Örneğin; Morse kodunda noktalar
ve çizgiler vardır ve belirli dizilişlerle karakterleri, sayıları ve özel
karakterleri belirlerler. Nokta ve çizgiler, telgraf operatörünün ileticinin
düğmesine basma süresine göre oluşur.
Şekil 1-8 Eşzamanlı
iletimde kullanılan tipik çerçeve formatı 1970’lerin başlarında, endüstri tarafından bir çok 5-bitlik kod geliştirildi.
Modern sistemlerde kullanılmamasına rağmen Baudot kodu bugün dahi kullanılan
bu 5-bitlik kodlardan biridir. Bir çok kod Morse ve Baudot kodlarından türetilmiştir. Bugün en yaygın
kullanıma sahip kodlar EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange
Code) ve ASCII (American National Standart Code for Information Interchange)
kodlarıdır. EBCDIC, IBM mimarisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. EBCDIC,
8-bit ikilik bir koddur. Böylece kod kümesinde maksimum 256 karakter
bulunabilir. ASCII, veri haberleşmesinde en yaygın kullanılan koddur (Şekil 1-9). Bu
kod, 7-bit artı hata-algılama amacı ile eklenmiş bir bitten (toplam 8-bit)
oluşur. Kod ilk kez 1963’te geliştirilmiş ve standart olmuştur. Şekil 1-9 ASCII
Kodu Şekil 1-9’da görüldüğü gibi, bazı 7-bit yapıları birden fazla karakteri
göstermektedir. Bazı kodlar haberleşme sistemlerinde kullanılan kontrol
işaretlerini gösterir. Haberleşme sistemlerinde farklı kodların kullanımının,
uyumsuzluklar yaratacağı açıktır. Bu nedenle farklı kodlara sahip haberleşme
cihazlarının birbirleriyle haberleşebilmeleri için kod çevirme paketleri
geliştirilmiştir. 1.3.2 Haberleşme oturumları Bir ağdaki iki parça arasındaki haberleşme akışına oturum denir. Oturum
çeşitli şekillerde olabilir. Örneğin, bir oturum, terminalleri aracılığı ile
ağdaki iki operatör arasında, bilgisayarlar arasında, iki yazılım programı
arasında veya ağ kontrol programları arasında olabilir. Elbette ki başka
oturum şekilleri de mevcuttur. Şekli ne olursa olsun, oturumlar son
kullanıcıya hizmet etmek için kurulur. Örneğin bu hizmet, bir terminal
operatörü veya uygulama programı için verilebilir. Oturumlar çerçeve başlıklarındaki bilgileri (veya başka parametreleri)
kullanırlar. Örneğin; A sitesindeki bir terminal operatörünün yaptığı veri
tabanı gönderme isteği mesajında bir başlık bulunmalıdır. Bu başlıkta; B
sitesindeki bir adres, veri tabanının yeri veya veri tipi gibi tanımlayıcı
bazı bilgileri bulunur. Çerçeve ağ üzerinde giderken, başlığı incelenir ve
uygun kaynaklar anlaşılır. Böylece bu kaynaklar servis isteğine tahsis
edilir. Günümüzde ileri ağlar, kaynakları sağlamak için haberleşme mantığını
katmanlara ayırırlar. 1.3.3 Hat karakteristikleri İletim yolu veya hattı, kullanıcılar arası veri alışverişi için gerekli
ortamı sağlar. Alışveriş; oturumun kurulmasını, kullanıcı mesajlarının
alışverişini ve oturumun sonlandırmasını içerir. Hattın elektriksel özelliklerine
ek olarak, diğer karakteristikler de başarıma ve haberleşme sisteminin
tasarımına önemli şekilde etki ederler. Bu başlık altında bir haberleşme
kanalının aşağıdaki karakteristikleri incelenecektir: · Uçtan-uca ve çok-uçlu (multi-drop) yapılar 1.3.3.1 Uçtan-uca ve çok-uçlu yapılar Uçtan-uca bir hat iki istasyonu birbirine bağlar (Şekil 1-10a). Çok-uçlu
bir hat üzerinde ise ikiden fazla istasyon vardır (Şekil 1-10b). Bu
yapılardan birinin seçilmesi çeşitli etkenlere bağlıdır. İlk olarak, uzun
süre gerekli olan bir kullanıcı-kullanıcı oturumu gerekli ise, belki de
yalnızca uçtan-uca düzenlemesi uygun bir seçim olabilir. İkinci olarak, iki
kullanıcı arasındaki trafik hacmi, diğer istasyonların hattı kullanımına
engel olacak ölçüdeyse yine uçtan-uca bir yapı uygun bir seçim olacaktır.
Bazı bilgisayar-bilgisayar oturumları ancak uçtan-uca hatla
gerçekleştirilebilir. Üçüncü olarak, iki kullanıcı belki de prosese katılacak
maksimum sayıdır. Çok-uçlu düzenlemeler genelde düşük-hızlı terminallerin
birbirleri ile veya bir bilgisayar ile haberleştiği durumlarda kullanılırlar.
Hat, en yüksek verimi elde etmek amacıyla istasyonlar tarafından paylaşımlı
olarak kullanılabilir. Çok-uçlu hatlar, uçtan-uca hatlara göre daha özel kontrollere ihtiyaç
duyarlar. Çok-uçlu yoldaki istasyonlar hattın tahsisi ve paylaşımı için
denetlenmelidir. Oturumların oluşturulmasına dahili olarak izin verilebilmeli
ve daha önemli oturumlara öncelik tanınabilmelidir. Veri bağlantı kontrolleri
(data link controls), bu oturumlardaki mesaj akışını kontrol etmekte
kullanılır. 1.3.3.2 Simplex, half-duplex ve duplex düzenlemeler Bu terimler sık sık birden çok yoruma uğramaktadırlar. Genelde hat
üzerinde akan mesaj trafiği konusunda referans terimler olarak kullanılırlar.
Daha az yaygın yorum ise iletime katılan fiziksel yolların sayısı ile ilgili
olduklarıdır. Aşağıda iki bakış açısı da incelenecektir. 1.3.3.3 Trafik akışı Simplex iletim, çerçevelerin yolda ancak bir yönde hareket edebilmelerini
sağlamaktadır. Alıcı mesaj gönderemez ve gönderici mesaj alamaz. Radyo
yayınları simplex iletime bir örnektir. Simplex düzeni çeşitli uygulamalarda
kullanılır. Örneğin, çevresel süzme ve örnekleme sistemleri genelde simplex
yapıyı kullanırlar. Burada su veya havadan örneklenen veri, tek yönde
ilerleyerek, analizinin yapılacağı bilgisayara gider. Yarı-duplex iletim verinin hat üzerinde iki yönde de hareket edebilmesini
sağlar ancak iletim bir kerede yalnızca bir yönde olur. İnsan tarafından
işletilen tuş takımlı bilgisayarlar genelde bu yaklaşımı kullanırlar.
Terminal ve diğer istasyon, hattı dönüşümlü kullanırlar; gönderici istasyon bir
başka mesaj göndermek için cevap bekler. Duplex iletim (full-duplex de denmektedir) istasyonlar arasında iki yönlü,
eşzamanlı iletime olanak sağlar. Çok-uçlu hatlar sıklıkla bu yöntemi
kullanırlar. Örneğin, A istasyonu, trafiğini merkez bilgisayara yönlendirmişken,
merkez bilgisayar aynı anda trafiğini B istasyonuna yönlendirebilir. Duplex
iletim, oturumlarda iç-izine olanak sağlar ve kullanıcı verisinin birçok
istasyon arasında akmasına müsaade eder. 1.3.3.4 Fiziksel yol Fiziksel hatlar bazen yarı-duplex ve duplex devreler olarak tanımlanır.
Şekil 1-10(c)’de yarı-duplex yapı görülmektedir. Bu yapıda iki adet iletken
bulunmaktadır ancak yalnızca bir tanesi mesaj alışverişi için
kullanılmaktadır. İkinci iletken devreyi tamamlamak üzere varolan bir dönüş
kanalıdır veya bir topraktır. Bu devreye iki-tel devresi demek daha
doğrudur. Şekil 1-10(d)’de ise bir duplex devre görülmektedir. Bu durumda dört
iletken; iki adet iletim yolu ve iki adet dönüş kanalı sağlamaktadır. Bu
devreye de dört-tel devresi demek daha doğru olacaktır. Dikkat edilmelidir ki iki-tel devresinde devre üzerindeki trafik akışı
mutlaka yarı-duplex olacaktır denilemez.
Şekil 1-10 Hat
yapıları 1.3.3.5 Anahtarlamalı ve kiralık hatlar Telefon ağı anahtarlamalı hatların kullanımına verilebilecek en güzel
örnektir. Anahtarlamalı hatlarda iki site arasındaki çağrı süresince geçici
bir bağlantı kurulur. Aynı siteler arası daha sonraki bir çağrı, telefon
sisteminin farklı devre ve cihazlarını kullanabilir. Kiralık hat ise iki site
arasında kurulan kalıcı bir bağlantıdır. Haberleşme yolunu oluşturmak için
çevirmeli bir bağlantı kurmayı gerektirmez. Anahtarlamalı ve kiralık hatların
avantajları ve dezavantajları aşağıdaki gibidir: · Anahtarlamalı hat, bir çağrıyı tamamlamak ve bağlantıyı sağlamak için
birkaç saniyeye ihtiyaç duyar. Çevirme gecikmesinin kabul edilemeyeceği
durumlarda kullanıcı kiralık hat kullanmak zorunda kalır. Kiralık ve anahtarlamalı hat seçimi, bir organizasyon için dikkat edilecek
çok önemli bir unsurdur. Kiralık veya anahtarlamalı hat kullanmak için
mantıklı bir karar vermeden önce önkoşul; trafik hacmi, akış başarımı, tepe
yükler, cevap süresi gibi parametrelerin analizini yapmaktır. 1.3.4 Telefon ağının kullanımı Şekil 1-11 Bir
çağrının kurulması Bu bölümde, telefon sisteminin bir çağrıyı nasıl gerçekleştirdiğine dair
bir fikir verilmeye çalışılacaktır. Şekil 1-11’de yerel telefon ve santrallerde bulunan bazı parçalar
gösterilmiştir. Telefonun ahize yükü ile açık tutulan anahtarları (switch
hooks-SH) vardır. Ahize ‘on hook’ konumunda olduğu sürece açık kalan anahtar,
telefonun santral ile elektriksel bağlantı kurmasını engeller. Kullanıcı
ahizeyi kaldırınca SH anahtarı kapanır. Bu konuma ‘off hook’ denmektedir. Bu
konumda, kapalı SH anahtarı santrale DC akım gitmesini sağlar. Bu akım,
merkezi santral tarafından algılanır. Bir bilgisayar veya başka bir cihaz da,
bir devre aracılığı ile off-hook sağlayarak santrale çağrı gönderebilir.
Santralde, gelen bölgesel çevrim hatlarını tarayan bir algılayıcı bulunur.
Yaklaşık 100 msn’de bir off-hook durumunu algılamak için bir DC akımın hattan
akıp akmadığına bakılır. Merkezi santralde çağrıları kurmak üzere anahtarlar bulunur. Santral bölgesel
aboneden gelen DC akım akışını algılayınca S1 anahtarını kapayarak hatta
çevir sesi (dial tone) verir ve bu 480 Hz’lik bir işaretin arayan telefona
gitmesini sağlar. Abone çevir sesi ile birlikte numarayı çevirmek için
uyarılır. Numara, ya kadranlı telefonun kadranı çevrilerek ya da tuş takımlı
telefonun tuşlarına basılarak girilir. Bazı telefon devreleri çevirme
işlemlerini kendileri de yapabilir. İşaret bölgesel santrale gelir ve çağrı bölgesel geçiş merkezine
aktarılır. Çağrıyı telefon sistemi içinde rotalamak için bilgisayarlar
kullanılır. Bilgisayar, çevrilmiş numarayı alınca rotalama tablosunu
inceleyerek hangi yolun kullanılacağına karar verir. Eğer çağrı ülkenin başka
bir bölgesinde ise çağrı uzak geçiş merkezine aktarılacaktır. Çağrı çeşitli
geçiş merkezleri seviyelerine kadar rotalanıp, anahtarlanabilir. Çağrı saniyeler içinde alıcının bölgesel santraline varır. Bu santral,
uygun bölgesel çevrimin meşgul olup olmadığına bakar. Santral bunu, hatta bir
DC akımın varlığına veya yokluğuna göre anlar. Son santral S2 anahtarını
kapatarak aranan telefonun zil mekanizmasını harekete geçirir. S2’nin
kapanması ile 20 Hz’lik bir işaret telefona gönderilir. Aranan telefon açılıp ‘off hook’ konumuna getirilirse S2 açılarak zil
işareti kaldırılır. Bağlantı, S3’ün kapanması ile tamamlanır. Şehirlerarası
anahtarlanan bir çağrı tipik olarak 4-9 anahtarlama merkezinden
geçmektedir. |
Şekil 1-2
Salınım Yapan İşaret
