Halbduplex und Duplex kommen aus der Netzwerktechnik. Sie sind grundlegende Konzepte der Datenkommunikation. Halbduplex erlaubt die abwechselnde Datenübertragung in beide Richtungen, während Duplex-Kommunikation den Datenaustausch in beide Richtungen ermöglicht gleich
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Simplex
Simplex ist ebenfalls ein Konzept der Datenkommunikation. Bei dieser Einbahn-Kommunikationsmethode kann ein Gerät entweder empfangen oder senden. Es gibt eine klare Verteilung, die sich niemals ändert. Ein typisches Beispiel für Simplex-Kommunikation ist ein Fernsehsender, der Signale an die Fernseher der Zuschauer sendet, ohne dass diese Signale zurückgesendet werden können.
Duplex
Duplex ist eine Kommunikationsmethode, bei der Daten in beide Richtungen übertragen werden können. Hierbei lässt sich zwischen zwei Arten unterschieden: Halbduplex und Vollduplex.
Halbduplex
In einem Halbduplex-System können Daten in beide Richtungen übertragen werden, jedoch nicht gleichzeitig. Ein Gerät kann entweder senden oder empfangen, aber nicht beides zur gleichen Zeit. Die Verteilung kann sich regelmäßig ändern.
Ein klassisches Beispiel ist ein Walkie-Talkie, bei dem eine Person sprechen (senden) und die andere zuhören (empfangen) kann, aber nicht gleichzeitig. Damit es dabei nicht zu einer Kollision kommt, wird dieser Vorgang von einem CSMA/CD kontrolliert.
Vollduplex
In einem Vollduplex-System können Daten in beide Richtungen gleichzeitig übertragen werden. Dies bedeutet, dass beide Geräte gleichzeitig senden und empfangen können. Es gibt keine verteilung mehr. Geräte sind jederzeit Sender und Empfänger.
Ein typisches Beispiel für Vollduplex-Kommunikation ist ein Telefongespräch, bei dem beide Gesprächspartner:innen gleichzeitig sprechen und zuhören können.
Anwendungsfälle
Bei Embedded Systems kommen diese verschiedenen Konzepte der Datenkommunikation regelmäßig zum Einsatz:
Simplex
- Ein Beispiel für simplex sind einfache analoge Sensoren, die kontinuierlich Messwerte an eine zentrale Einheit übertragen, ohne dass diese Einheit aktiv darauf reagiert. Die Datenübertragung erfolgt hier ausschließlich in eine Richtung, vom Sensor zur Steuereinheit.
- Ein Display-Modul verwendet Simplex. Es empfängt Daten vom Mikrocontroller und zeigt bestimmte Informationen an. Es gibt dabei keine Möglichkeit, Informationen zurück an den Mikrocontroller zu senden.
Halbduplex
- Modbus-RTU oder Modbus-ASCII ist ein weit verbreitetes Kommunikationsprotokoll im Embedded-Bereich, das oft im Halbduplex-Modus verwendet wird. Hier teilen sich mehrere Geräte dieselbe Kommunikationsleitung und wechseln sich beim Senden und Empfangen.
- In drahtlosen Netzwerken wie Zigbee oder LoRa, die in IoT- und Embedded-Anwendungen genutzt werden, wird oft Halbduplex-Kommunikation verwendet. Diese Technik ist notwendig, da die meisten Geräte nur eine physikalische Antenne haben und der verwendete IC zwischen Senden und Empfangen wechseln muss. Durch diesen Wechsel zwischen den Modi wird Energie gespart, und die Implementierung bleibt weniger komplex. Diese Art der Kommunikation ist eine häufige Eigenschaft vieler drahtloser Funktechnologien.
Duplex
- In vielen Embedded-Systemen wird Ethernet für die Netzwerkkommunikation verwendet. Ethernet unterstützt Vollduplex-Kommunikation, bei der ein eingebettetes Gerät (z.B. ein Industrie-PC oder ein Netzwerk-Controller) gleichzeitig Daten senden und empfangen kann, was eine hohe Datenrate und geringe Latenz ermöglicht. Die Hardware-Komponente UART ist ebenfalls duplexfähig.
