›

Bài giảng Mạng máy tính và Hệ thống thông tin công nghệ - Chương 3 (Phần 2) - Đào Đức Thịnh

pdf 95 trang huongle 3310
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Mạng máy tính và Hệ thống thông tin công nghệ - Chương 3 (Phần 2) - Đào Đức Thịnh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbai_giang_mang_may_tinh_va_he_thong_thong_tin_cong_nghe_chuo.pdf

Nội dung text: Bài giảng Mạng máy tính và Hệ thống thông tin công nghệ - Chương 3 (Phần 2) - Đào Đức Thịnh

  1. Mạng máy tính & Hệ thống thông tin công nghiệ Đào Đức Thịnh BM Kỹ thuật đo & THCN
  2. Môi tr−ờng truyền dẫn và chuẩn vật lý * Tổng quan: Để truyền dữ liệu nhị phân qua một đ−ờng dây, các bit nhị phân truyền đi phải đ−ợc chuyển thành các tín hiệu điện. Ví dụ có thể truyền một bit nhị phân 1 bằng cách đặt lên đ−ờng dây biên độ điện thế +V và truyền bit nhị phân 0 với mức điện thế -V. Khi nhận các tín hiệu điện này, thiết bị thu sẽ dịch +V thành 1 và -V thành 0. Trong thực tế, các tín hiệu điện đ−ợc truyền đi bị suy giảm và méo dạng bởi môi tr−ờng truyền, đôi khi bộ thu không thể phân tách đâu là tín hiệu 1 và đâu là tín hiệu 0.
  3. Môi tr−ờng truyền dẫn và chuẩn vật lý
  4. Môi tr−ờng truyền dẫn và chuẩn vật lý Mức độ suy giảm và méo dạng chịu ảnh h−ởng nhiều nhất bởi: - Loại môi tr−ờng truyền - Tốc độ bit đang truyền - Cự ly giữa hai thiết bị truyền. Vì sự suy giảm và méo dạng trong các loại môi tr−ờng truyền và các thành phần vật lý khác nhau là khác nhau, nên các tiêu chuẩn quốc tế đã đ−ợc định nghĩa cho giao tiếp điện giữa hai chủng loại thiết bị truyền dữ liệu.
  5. Môi tr−ờng truyền dẫn và chuẩn vật lý Các chuẩn này không chỉ định nghĩa các mức tín hiệu điện đ−ợc dùng mà còn chỉ ra cách thức áp dụng và ý nghĩa của bất kỳ tín hiệu điều khiển nào cùng với các tiêu chuẩn đ−ợc dùng tại giao tiếp vật lý.Trong hầu hết các tr−ờng hợp chúng ta sẽ xem xét là giao tiếp của một máy tính với các thành phần giao tiếp truyền số liệu khác nhau, nh−ng th−ờng dùng thuật ngữ 'thiết bị đầu cuối' DTE (Da ta Terminal Equipment) thay cho 'máy tính', đó là ngụ ý cho bất kỳ loại thiết bị đầu cuối nào.
  6. Cáp hai dây không xoắn
  7. Cáp hai dây không xoắn Một đ−ờng truyền 2 dây không xoắn là môi tr−ờng truyền dẫn đơn giản nhất. Mỗi dây cách ly với dây kia và cả hai xuyên tự do (không xoắn nhau) qua môi tr−ờng không khí. Loại đ−ờng dây này thích hợp cho kết nối hai thiết bị cách xa nhau đến 50m dùng tốc độ bit nhỏ hơn 19,2kbps. Tín hiệu th−ờng là mức điện thế hay c−ờng độ dòng điện dựa vào tham chiếu điện thế đất (Ground, không cân bằng) đặt lên một dây trong khi điện thế đất đ−ợc đặt vào dây kia.
  8. Cáp hai dây không xoắn Mặc dù một đ−ờng hai dây có thể đ−ợc dùng để nối hai máy tính một cách trực tiếp, nh−ng th−ờng dùng nhất là cho kết nối một DTE đến một thiết bị kết nuối mạch dữ liệu cục bộ DCE (Data Communication Equipment), ví dụ nh− Modem. Các kết nối nh− vậy th−ờng dùng dây đa đ−ờng, cách tổ chức thông th−ờng là cách ly riêng một dây cho mỗi tín hiệu và một dây nối đất (Ground). Bộ dây hoàn chỉnh đ−ợc bọc trong một cáp nhiều lõi đ−ợc bảo vệ hay d−ới dạng một hộp cáp.
  9. Cáp hai dây không xoắn Với loại dây này cần phải cẩn thận tránh can nhiễu giữa các tín hiệu điện trong các dây dẫn kề nhau trong cùng một cáp. Hiện t−ợng này gọi là nhiễu xuyên âm. Ngoài ra cấu trúc không xoắn khiến chúng dễ bị thâm nhập bởi các tín hiệu nhiễu bắt nguồn từ các nguồn tín hiệu khác do bức xạ điện từ. Các yếu tố ảnh h−ởng này đồng thời tạo ra giới hạn về cự ly cũng nh− tốc độ truyền.
  10. Cáp hai dây xoắn
  11. Cáp hai dây xoắn Chúng ta có thể loại bỏ các tín hiệu nhiễu bằng cách dùng cáp xoắn đôi, trong đó một cặp dây xoắn lại với nhau. Sự xấp xỉ các đ−−ờng dây tham chiếu đất và dây tín hiệu có ý nghĩa khi bất kỳ tín hiệu nhiễu nào thâm nhập thì sẽ vào cả hai dây, ảnh h−ởng của chúng sẽ giảm đi bởi sự triệt lẫn nhau. Hơn nữa, nếu có nhiều cặp xoắn trong cùng một cáp thì sự xoắn của mỗi cặp trong cáp cũng làm giảm nhiễu xuyên âm.
  12. Cáp hai dây xoắn Các đ−ờng dây xoắn đôi cùng với mạch phát và thu thích hợp lợi dụng các −u điểm có đ−ợc từ ph−ơng pháp hình học sẽ là đ−ờng truyền tốc độ xấp xỉ 1 Mbps qua cự ly ngắn (ngắn hơn l00m) và tốc độ thấp hơn qua cự ly dài hơn. Các mạch thu phát phức tạp cho phép tốc độ cao hơn qua cự ly dài hơn. Các đ−ờng dây này đ−ợc gọi là cáp xoắn đôi không bảo vệ UTP (Unshielded Twisted Pair), đ−ợc dùng rộng rãi trong mạng điện thoại và trong nhiều ứng dụng truyền số liệu. Đối với các cặp xoắn đ−ợc bảo vệ STP (Shielded Twisted Pair), có dùng thêm một l−ới bảo vệ để giảm hơn nữa ảnh h−ởng của nhiễu.
  13. Cáp đồng trục
  14. Cáp đồng trục - Các yếu tố giới hạn chính đối với cáp xoắn là khả năng truyền và hiện t−ợng đ−ợc gọi là 'hiệu ứng ngoài da'. Khi tốc độ bit truyền gia tăng, dòng điện chạy trên đ−ờng dây có khuynh h−ớng chỉ chạy trên bề mặt ngoài của dây dẫn, do đó dùng rất ít phần dây có sẵn. Điều này lại làm tăng trở kháng của đ−ờng dây đối với các tín hiệu có tần số cao, dẫn đến suy hao lớn đối với tín hiệu. - Ngoài ra, với tần số cao thì năng l−ợng tín hiệu bị tiêu hao nhiều do ảnh h−ởng bức xạ. Cáp đồng trục tối thiểu đ−ợc hai ảnh h−ởng trên.
  15. Cáp đồng trục Dây tín hiệu trung tâm đ−ợc bảo vệ hiệu quả đối với các tín hiệu xuyên nhiễu từ ngoài nhờ l−ới dây bao quanh bên ngoài Chỉ suy hao l−ợng tối thiểu do bức xạ điện từ và hiệu ứng ngoài da do có lớp dây dẫn bao quanh. Cáp đồng trục có thể dùng với một số loại tín hiệu khác nhau, nh−ng thông dụng nhất là dùng cho tốc độ 10 Mbps trên cự ly vài trăm mét, nếu dùng điều chế tốt thì có thể đạt đ−ợc thông số cao hơn.
  16. Cáp quang
  17. Cáp quang - Mặc dù có nhiều cải tiến nh−ng các loại cáp kim loại vẫn bị giới hạn về tốc độ truyền dẫn. Cáp quang khác xa với các loại cáp tr−ớc đây, cáp quang mang thông tin d−ới dạng các chùm dao động của ánh sáng trong sợi thủy tinh. Sóng ánh sáng có băng thông rộng hơn sóng điện từ, điều này cho phép cáp quang đạt đ−ợc tốc độ truyền khá cao lên đến hàng trăm Mbps. - Sóng ánh sáng cũng "miễn dịch" đối với các nhiễu điện từ và nhiễu xuyên âm. Cáp quang cũng cực kỳ hữu dụng trong việc truyền các tín hiệu tốc độ thấp trong môi tr−ờng xuyên nhiễu nặng ví dụ nh− điện cao thế, chuyển mạch. - Ngoài ra còn dùng trong các nơi có nhu cầu bảo mật, vì rất khó mắc xen rẽ (câu trộm) về mặt vật lý.
  18. Cáp quang - Một cáp quang bao gồm một sợi thủy tinh cho mỗi tín hiệu đ−ợc truyền, đ−ợc bọc bởi một lớp phủ bảo vệ ngăn ngừa bất kỳ nguồn sáng nào từ bên ngoài. Tín hiệu ánh sáng phát ra bởi một bộ phát quang, thiết bị này thực hiện chuyển đổi các tín hiệu điện thông th−ờng từ một đầu cuối dữ liệu thành tín hiệu quang. Một bộ thu quang đ−ợc dùng để chuyển ng−ợc lại (từ quang sang điện) tại máy thu. Thông th−ờng bộ phát quang là diode phát quang hay laser thực hiện chuyển đổi tín hiệu điện thành tín hiệu quang. Các bộ thu dùng các photodiode cảm quang hay photo transistor.
  19. Cáp quang Bản thân sợi quang gồm hai phần: lõi thủy tinh và lớp phủ thủy tinh có hệ số khúc xạ thấp. ánh sáng lan truyền dọc theo lõi thủy tinh theo một trong ba cách phụ thuộc loại và bề rộng của vật liệu lõi đ−ợc dùng. ánh sáng có thể truyền trên cáp theo ba chế độ truyền:
  20. Cáp quang
  21. Cáp quang Trong chế độ đa mo de khúc xạ b−ớc-multimode stepped index vật liệu phủ và lõi khác nhau nh−ng hệ sô khúc xạ ổn định không thay đổi. Tất cả các ánh sáng phát ra bởi diode có góc phát nhỏ hơn góc tới hạn đ−ợc phản xạ tại giao tiếp giữa lớp phủ và lõi và lan truyền trong lõi Tùy vào góc phát mà ánh sáng sẽ mất một l−ợng thời gian để lan truyền dọc theo dây. Do đó tín hiệu nhận đ−ợc có bề rộng xung rộng hơn xung gốc.
  22. Cáp quang Sự phân tán có thể đ−ợc hạn chế bằng cách dùng vật liệu lõi có hệ số khúc xạ thay đổi hay đa mode khúc xạ tăng dần- multimode graded index, ánh sáng bị khúc xạ một l−ợng lớn khi di chuyền ra xa lõi. Điều này làm hẹp bề rộng xung của tín hiệu nhận, nhờ đó cho phép gia tăng tốc độ bit.
  23. Cáp quang Một cải tiến cao hơn có thể đạt đ−ợc bằng cách giảm đ−ờng kính lõi đến chiều dài b−ớc sóng đơn (3-10um) để tất cả các ánh sáng phát ra sẽ truyền theo một h−ớng dọc ống dẫn sóng (sợi quang cũng th−ờng đ−ợc gọi là ống dẫn sóng), và sợi quang dùng ph−ơng pháp này gọi là sợi đơn mode -monomode fiber, nhờ vậy bề rộng xung nhận đ−ợc sẽ xấp xỉ bề rộng xung gốc , nhờ đó tăng đ−ợc tốc độ truyền.
  24. Truyền qua vệ tinh - Số liệu cũng có thể đ−ợc truyền bằng cách dùng sóng điện từ qua không gian tự do nh− trong các hệ thống thông tin vệ tinh. - - Một chùm sóng vi ba trực xạ trên đó mang số liệu đã đ−ợc điều chế, đ−ợc truyền đến vệ tinh từ trạm mặt đất. Chùm sóng này đ−ợc thu và đ−ợc truyền lại đến các đích xác định tr−ớc nhờ một mạch tích hợp th−ờng đ−ợc gọi là transponder. Một vệ tinh có nhiều transponder, mỗi transponder đảm trách một băng tần đặc biệt. Mỗi kênh vệ tinh thông th−ờng đều có một băng thông cực cao (500MHZ) và có thể cung cấp cho hàng trăm liên kết tốc độ cao thông qua kỹ thuật ghép kênh.
  25. Truyền qua vệ tinh - Các vệ tinh dùng cho mục đích liên lạc th−ờng thuộc dạng địa tĩnh.Quĩ đạo của vệ tinh đ−ợc chọn sao cho đ−ờng truyền thẳng với trạm thu phát ở mặt đất, mức độ chuẩn trực của chùm sóng truyền lại từ vệ tinh có thể không cao để tín hiệu có thể đ−ợc tiếp nhận trên một vùng rộng lớn, hoặc có thể hội tụ tốt để chỉ thu đ−ợc trên một vùng giới hạn. Trong tr−ờng hợp thứ hai tín hiệu có năng l−ợng lớn cho phép dùng các bộ thu có đ−ờng kính nhỏ hơn th−ờng gọi là chảo parabol, là các đầu cuối có độ mở rất nhỏ hay VSAT (Very Small Aperture Terminal).
  26. Truyền qua vệ tinh
  27. Truyền qua kênh viba Các liên kết vi ba mặt đất đ−ợc dùng rộng rãi để thực hiện các liên kết thông tin khi không thể hay quá đắt tiền để thực hiện một môi tr−ờng truyền vật lý. Ví dụ khi v−ợt sông. sa mạc, đồi núi hiểm trở .v.v. Khi chùm sóng vi ba trực xạ đi xuyên ngang môi tr−ờng khí quyển, nó có thể bị nhiễu bởi nhiều yếu tố nh− địa hình và các diều kiện thời tiết bất lợi. Tuy nhiên, liên lạc vi ba trực xạ xuyên môi tr−ờng khí quyển có thể dùng một cách tin cậy cho cự ly truyền dài hơn 50km.
  28. Truyền vô tuyến tần số thấp. - Sóng vô tuyến tần số thấp cũng đ−ợc dùng để thay thế các liên kết hữu tuyến có cự ly vừa phải thông qua các bộ thu phát khu vực. Ví dụ kết nối một số lớn các máy tính thu thập số liệu bố trí trong một vùng đến một máy tính giám sát số liệu từ xa, hay kết nối các máy tính trong một thành phố đến máy cục bộ hay ở xa. - Sẽ rất tốn kém khi lắp đặt các cáp dẫn hữu tuyến cho các ứng dụng nh− vậy Sóng vô tuyến th−ờng đ−ợc dùng đế thực hiện các liên kết không dây giữa một điểm kết cuối hữu tuyến và các máy tính phán tán. Một trạm phát vô tuyến đ−ợc gọi là trạm cơ bản (base station) đ−ợc đặt tại điểm kết cuối hữu tuyến.
  29. Truyền vô tuyến tần số thấp. - Cần nhiều trạm cơ bản cho các ứng dụng yêu cầu phạm vi rộng và mật độ phân bố user cao. Phạm vi bao phủ của mỗi trạm cơ bản là giới hạn, do sự giới hạn nguồn phát cua nó, nó chỉ đủ kênh để hỗ trợ cho toàn bộ tải trong phạm vi đó. - Phạm vi rộng hơn có thể đ−ợc thực hiện bằng cách tổ chức đa trạm theo cấu trúc tế bào (cell). Trong thực tế, kích th−ớc của mồi tế bào thay đổi và đ−ợc xác định bởi các yếu tố nh− mật độ đầu cuối và địa hình cục bộ. Mỗi trạm cơ bán dùng một dải tần khác với trạm kế. Tuy nhiên, vì vùng phủ của mỗi trạm có giới hạn nên có thể dùng lại băng tần của nó cho các phần khác của mạng.
  30. Truyền vô tuyến tần số thấp. - Các trạm cơ bản đ−ợc kết nối thành mạng hữu tuyến. Thông th−ờng, tốc độ số liệu của mỗi máy tính trong một tế bào (cell) đạt đ−ợc vài chục kbps. Dạng tố chức t−ơng tự có thể đ−ợc dùng trong một tòa cao ốc để cung cấp các liên kết không dây cho thiết bị máy tính trong mỗi phòng.
  31. Truyền vô tuyến tần số thấp.
  32. Các hiện t−ợng ảnh h−ởng đến tín hiệu trên đ−ờng truyền * Suy hao: - Khi một tín hiệu lan truyền theo dây dẫn thì biên độ của nó sẽ bị giảm xuống và ng−ời ta gọi là sự suy hao của tín hiệu. - Thông th−ờng mức độ suy giảm cho phép đ−ợc qui định trên chiều dài cáp dẫn để đảm bảo rằng hệ thống nhận có thể phát hiện và dịch đ−ợc tín hiệu ở máy thu. -Nếu tr−ờng hợp cáp quá dài thì có một hay nhiều bộ khuếch đại (hay còn gọi là repeater) đ−ợc thêm vào từng khoảng dọc theo cáp nhằm tiếp nhận và tái sinh tín hiệu.
  33. Các hiện t−ợng ảnh h−ởng đến tín hiệu trên đ−ờng truyền - Sự suy giảm tín hiệu gia tăng theo một hàm của tần số, trong khi đo tín hiệu lại bao gồm một vài tần vì vậy tín hiệu sẽ bị biến dạng do các thành phần suy hao khác nhau. Để khắc phục vấn đề này, các bộ khuếch đại đ−ợc thiết kế sao cho khuếch đại các tín hiệu có tần số khác nhau với hệ số khuếch đại khác nhau. Ngoài ra còn có thiết bị cân chỉnh gọi là equalizer đ−ợc dùng để cân bằng sự suy hao trong một băng tần xác định. - Sự suy hao và sự khuếch đại đ−ợc đánh giá và đo l−ờng bằng đơn vị decibels (dB). dB = 10 log10 P1/P2 (dB).
  34. Các hiện t−ợng ảnh h−ởng đến tín hiệu trên đ−ờng truyền * Băng thông của đ−ờng truyền: - Bất kỳ một kênh hay đ−ờng truyền nào: cáp xoắn, cáp đông trục, radio đều có một băng thông xác định liên hệ với nó, băng thông chỉ ra các thành phần tần số nào của tín hiệu sẽ đ−ợc truyền qua kênh mà không bị suy giảm quá nhiều. - Băng thông B = fmax - fmin - Công thức Nyquist xác định tốc độ tối đa của kênh trong tr−ờng hợp không nhiễu với băng thông của kênh nh− sau: MTR = 2 B log2 M (bps) B - Băng thông kênh tính bằng Hz. M - Số mức trên một phần tử tín hiệu. MTR ( Max Transfer Rate) - Tín bằng bps
  35. Các hiện t−ợng ảnh h−ởng đến tín hiệu trên đ−ờng truyền * Biến dạng xung do trễ: - Tốc độ lan truyền của một tín hiệu thuần nhất dọc theo một đ−ờng truyền thay đổi tùy tần số. - Khi truyền một tín hiệu số, nó có thể phân tích ra thành một loạt các thành phần có tần số khác nhau (phân tích Furier) các thành phần tần số khác nhau tạo nên nó sẽ đến máy thu với độ trễ pha khác nhau, dẫn đến biến dạng do trễ của tín hiệu tại máy thu. - Sự biến dạng sẽ gia tăng khi tốc đô bit tăng. Khi các thành phần có tần số khác nhau của tín hiệu giao thoa với nhau ng−ời ta gọi đó là hiện t−ợng tự giao thoa. - Méo do trễ gây khó nhăn cho việc lấy mẫu tín hiệu.
  36. Các hiện t−ợng ảnh h−ởng đến tín hiệu trên đ−ờng truyền * Sự can nhiễu (tạp âm-noise): - Một thông số quan trọng của đ−ờng truyền là tỉ số giữa tín hiệu và tạp âm - ng−ời ta gọi là SNR - đ−ợc đo bằng dB. SNR= 10log10(S/N) (dB) S - Công suất tín hiệu tính bằng W. N - Công suất tạp âm tính bằng W.
  37. Các hiện t−ợng ảnh h−ởng đến tín hiệu trên đ−ờng truyền - Rõ ràng nếu tỉ số SNR cao thì chất l−ợng tín hiệu thu cao, SNR thấp thì chất l−ợng tín hiệu thu thấp. - Tốc độ truyền tối đa của kênh có liên hệ chặt chẽ với tỉ số SNR và đ−ợc xác định theo công thức Shannon-Harley: MTR = B log2(1+S/N) (bps) B - băng thông tính bằng Hz S - công suất tín hiệu tính bằng W. N - Công suất ồn tính bằng W.
  38. Các chuẩn vật lý Truyền dữ liệu nồi tiếp, không đồng bộ là ph−ơng pháp đ−ợc sử dụng chủ yếu trong việc kết nối các DTE và DCE cũng nh− trong hệ thống mạng công nghiệp. Với ph−ơng pháp này, các bit đ−ợc truyền từ bên gửi tới bên nhận một cách tuần tự trên cùng một đ−ờng truyền. Cũng chính vì không có một đ−ờng dây riêng biệt mang tín hiệu nhịp, nên việc đồng bộ hóa thuộc trách nhiệm do bên gửi và bên nhận thỏa thuận trên cơ sở một giao thức truyền thông. Vậy ta cần phải có chuẩn vật lý cho phần thu và phát.
  39. RS-232 - RS-232 (t−ơng ứng với chuẩn châu âu là CCITT V.24) lúc đầu đ−ợc xây dựng phục vụ chủ yếu trong việc ghép nối điểm-điểm giữa hai thiết bị đầu cuối , giữa máy tính và máy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và và một thiết bị truyền dữ liệu. - Mặc dù tính năng hạn chế, RS-232 là một trong các chuẩn tín hiệu có từ lâu nhất, vì thế đ−ợc sử dụng rất rộng rãi. Ngày nay, mỗi máy tính cá nhân đều có một vài cổng RS-232 (cổng COM), có thể sử dụng tự do để nối với các thiết bị ngoại vi hoặc với các máy tính khác. Nhiều thiết bị công nghiệp cũng tích hợp cổng RS-232 phục vụ lập trình hoặc tham số hóa.
  40. RS-232
  41. RS-232 + Đặc tính điện học: - RS-232 sử dụng ph−ơng thức truyền không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. - Mức điện áp logic đ−ợc định nghĩa -3Vữ -25V mức logic "1" và +3Vữ +25V mức logic "0". - Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2 kbps - Chiều dài cho phép 15m ( 50 feet). - Truyền số liệu Full-duplex sử dụng 3 dây: TxD, RxD, GND. - Các tín hiệu điều khiển dùng để bắt tay (Handshaking) phần cứng là: RTS, CTS, DSR, DTR. Mức logic:+3Vữ +25V -> "1" và "0".
  42. RS-232 - Truyền không đồng bộ, cấu trúc một khung truyền bao gồm: 1 start bit, 7-8 data bit, 1- 0 parity bit, 1-1,5-2 stop bit. (Gần đây, sự tiến bộ trong vi mạch đã góp phần nâng cao tốc độ của cổng RS-232 lên nhiều lần so với tốc độ 19,2kbps. Hiện nay đã có những mạch thu phát đạt tốc độ 460kbd và hơn nữa, tuy nhiên tốc độ truyền dẫn thực tế lớn hơn 1 15.2 kbd theo chuẩn RS-232 trong một hệ thống làm việc dựa vào ngắt là một điều khó có thể thực hiện).
  43. RS-232 + Giao diện cơ học: Chuẩn RS-232 qui định ba loại giắc cắm RS-232 là DB-9, DB-25 và ALT-A, trong đó hai loại đầu đ−ợc sử dụng rộng rãi hơn.
  44. RS-232
  45. RS-232
  46. RS-232 z RXD (receive Data): Đ−ờng nhận dữ liệu. z TXD (Transmit Data): Đ−ờng gửi dữ liệu. z DTR (Data Terminal Ready): Báo DTE sẵn sàng .Chân DTR th−ờng ở trạng thái ON khi thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông (tự động quay số hay tự động trả lời). DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối không muốn DCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa. z DSR (Data Set Ready): Báo DCE sẵn sàng, ở chế độ trả lời, 1 tone trả lời và DSR ON sau 2 giây khi Modem nhấc máy. z DCD (Data Carrier Detect): Tín hiệu này tích cực khi Modem nhận đ−ợc tín hiệu từ trạm từ xa và nó duy trì trong suốt quá trình liên kết.
  47. RS-232 z RTS (Request To Send): Đ−ờng RTS kiểm soát chiều truyền dữ liệu. Khi một trạm cần gửi dữ liệu, nó đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với modem của nó. z CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, Modem xác nhận là DTE có thể truyền số liệu. Quá trình ng−ợc lại nếu đổi chiều truyền số liệu z RI (Ring Indicator): Khi modem nhận đ−ợc tín hiệu chuông, RI chuyển ON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại để báo hiệu cho trạm đầu cuối. Tín hiệu này chỉ thị rằng một modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dial-up.
  48. RS-232 + Các hạn chế khi ứng dụng RS-232 trong CN: - Giao diện thông tin P-P hạn chế khi kết nối 1 vài thiết bị thông minh với nhau. - Khoảng cách 15 mét là quá ngắn cho phần lớn các ứng dụng trong CN - Tốc độ 19,2 kbps là thấp cho nhiều ứng dụng. - Mức điện áp không thực sự t−ơng thích với chuẩn nguồn thiết bị công nghiệp.
  49. RS-422 Đây là chuẩn thông tin đối xứng sử dụng một cặp dây (A-B) cho mỗi tín hiệu, nhờ vậy mà nó có thể giảm đ−ợc nhiễu, hận chế tối đa các vấn đề do sự thay đổi điện thế đất gây ra, nó phù hợp với các ứng dụng truyền ở tốc độ cao, khoảng cách truyền xa. - Khoảng cách truyền tối đa 1200m. - Tốc độ truyền tối đa 10 Mbps. - Có 1 bộ phát và 10 bộ thu trên một đ−ờng truyền. - Mức Logic: -2V ữ -6V -> "1", +2V ữ +6V ->"0"
  50. RS-422
  51. RS-422 - Chuẩn RS-422 là sự sai khác ± 5V giữa hai dây do vậy có thể dùng nguồn cung cấp đơn 5V cho bộ phát. - Truyền ở chế độ Full-duplex sử dụng 5 dây. - Điểm cuối của đ−ờng truyền RS-422 có một trở kháng để cân bằng với trở kháng của đ−ờng dây. Giá trị th−ờng dùng là Z0=120Ω.
  52. RS-485 Chuẩn RS-485 t−ơng tự nh− RS-422 nh−ng nó có số bộ thu phát trên một đ−ờng truyền nhiều hơn. Các đặ điểm chính của RS-485 nh− sau: - Khoảng cách truyền tối đa 1200m. - Tốc độ truyền tối đa 10 Mbps. - Có 32 bộ phát và 32 bộ thu trên một đ−ờng truyền. - Mức Logic: -1.5V ữ -6V -> "1", +1.5V ữ +6V ->"0"
  53. RS-485
  54. RS-485 - Chuẩn RS-485 là sự sai khác ± 5V giữa hai dây do vậy có thể dùng nguồn cung cấp đơn 5V cho bộ phát. - Truyền ở chế độ Full-duplex sử dụng 5 dây. - Truyền ở chế độ Half-duplex sử dụng 3 dây. - Bộ phát của RS-485 có thể hoạt động ở 3 trạng thái: mức logic "1", mức logic "0" và trạng thái cao trở (có thể hiểu nh− trạng thái cấm và đ−ợc điều khiển bằng một chân tín hiệu). - Có 32 bộ phát trên một đ−ờng truyền nh−ng tại một thời điểm chỉ có một cái hoạt động.
  55. RS-485 - Các nút mạng phải đ−ợc đánh địa chỉ và phải có một giao thức điều khiển truy nhập đ−ờng truyền. Các đầu ra phải có mạch hạn dòng để tránh hỏng hóc khi có xung đột xảy ra. - Điểm cuối của đ−ờng truyền RS-485 có một trở kháng để cân bằng với trở kháng của đ−ờng dây. Giá trị th−ờng dùng là Z0=100-120Ω. - Để tăng khoảng cách truyền và số trạm ta cần phải dùng các bộ Repeater.
  56. MBP (IEC 1158-2):(Manchester Coded, Bus-powered) Đây là một kỹ thuật truyền dẫn đ−ợc đ−a ra trong chuẩn IEC 1158-2 cũ nhằm vào các ứng dụng điều khiển quá trình trong công nghiệp chề biến nh− lọc dầu, hóa chất, nơi có yêu cầu nghiêm ngặt về an toàn cháy nổ và nguồn cung cấp cho các thiết bị tr−ờng. - MBP sử dụng mã Manchester, cho phép đồng tải nguồn trên đ−ờng bus, chế độ truyền đồng bộ và tốc độ truyền 31,25 kbit/s. - Về mặt tín hiệu, thực chắt MBP cũng sử dụng ph−ơng thức truyền đối xứng, với cáp đôi dây xoắn và trở đầu cuối là 100Ω. - Mức điện áp tối đa đ−ợc qui định nằm trong khoảng 0,75-1V.
  57. MBP (IEC 1158-2):(Manchester Coded, Bus-powered) Các nguyên tắc đảm bảo an toàn cho việc truyền dẫn trong môi tr−ờng dễ cháy nổ đ−ợc đ−a ra: - Một đoạn mạng chỉ đ−ợc phép có một bộ nguồn cung cấp điện. - Trong trạng thái bình th−ờng, mỗi thiết bị tr−ờng tiêu hao một dòng cơ sở cố định (> l0 mA) . - Mỗi thiết bị tr−ờng hoạt động nh− một bộ tiêu hao dòng bị động. - Mỗi đầu dây đ−ợc kết thúc bằng một trở đẳu cuối bị động.
  58. 20mA Curent-loop - Một dạng tín hiệu khác có thể chọn bên cạnh RS-232 là giao tiếp vòng 20mA. Tên của giao tiếp này ngụ ý rằng dùng tín hiệu là dòng điện thay cho điện áp. Mặc dù không mở rộng tốc độ nh−ng nó tăng khoảng cách vật lý giữa hai thiết bị thông tin. - Hoạt động chính là trạng thái của chuyển mạch đ−ợc điều khiên bởi luồng bit dữ liệu truyền: chuyển mạch đóng t−ơng ứng với bit 1, do đó cho dòng 20ma qua, và ng−ợc lại chuyển mạch mở cho bit 0, do đó không cho dòng 20ma qua. Tại đầu thu dòng diện đ−ợc phát hiện bởi mạch cảm biến dòng và các tín hiệu nhị phân đ−ợc tái tạo lại. Giao tiếp này loại bỏ nhiễu tốt hơn so với giao tiếp điều khiển bằng điện áp, phù hợp với đ−ờng dây dài (đến lkm), nh−ng tốc độ vừa phải.
  59. 20mA Curent-loop
  60. Truyền không đối xứng - Một tín hiệu chỉ có một dây truyền tín hiệu điện áp so với dây đất. - Dây đất chung cho nhiều tín hiệu khác nhau vì vậy đòi hỏi có trở kháng nhỏ. - Khi truyền ở khoảng cách xa không có chung điện thế đất.
  61. Truyền đối xứng - Sử dụng một cặp dây cho một tín hiệu. - Triệt tiêu đ−ợc sự ảnh h−ởng của nhiễu. -Tránh đ−ợc sự sai khác điện thề đất. - Thích hợp cho tr−ờng hợp truyền ở tốc độ cao, khảng cách xa và trong môi tr−ờng có nhiễu lớn.
  62. Các tiêu chuẩn mã hoá đ−ờng truyền - Tần số của tín hiệu. - Thông tin đồng bộ hoá. - Triệt tiêu dòng một chiều. - Bền vững với nhiễu và có khả năng nhận biết lỗi.
  63. NRZ,RZ - NRZ (Non-return To Zero), RZ ( Return to Zero) là một trong những ph−ơng pháp đ−ợc sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống. - NRZ và RZ đều là các ph−ơng pháp điều chế biên độ xung. - NRZ mức bit "0" và "1" đ−ợc mã hóa với hai mức biên độ tín hiệu khác nhau, mức tín hiệu này không thay đổi trong suốt chu kỳ bit T (một nhịp bus). Cái tên NRZ đ−ợc sử dụng, bởi mức tín hiệu không quay trở về không sau mỗi nhịp. Các khả năng thể hiện hai mức có thể là: - Đất và điện áp d−ơng - Điện áp âm và đất - Điện áp âm và điện áp d−ơng cùng giá trị (tín hiệu l−ỡng cực)
  64. NRZ,RZ - Một trong những −u điểm của ph−ơng pháp NRZ là tín hiệu có tần số th−ờng thấp hơn nhiều so với tần số nhịp bus. -Ph−ơng pháp này không thích hợp cho việc đồng bộ hóa, bởi một dãy bit "0" hoặc "1" liên tục không làm thay đổi mức tín hiệu. - Tín hiệu không đ−ợc triệt tiêu dòng một chiều ngay cả khi sử dụng tín hiệu l−ỡng cực, nên không có khả năng đồng tải nguồn.
  65. NRZ,RZ -Ph−ơng pháp RZ (Return to Zero) cũng mã hóa bít "0" và "1" với hai mức tín hiệu khác nhau giống nh− ở NRZ. Tuy nhiên, nh− cái tên của nó hàm ý mức tín hiệu cao chỉ tồn tại trong nửa đầu của chu kỳ bit T, sau đó quay trở lại "0". - Tần số cao nhất của tín hiệu chính bằng tần số nhịp bus. -Giống nh− NRZ, tín hiệu mã RZ không mang thông tin đồng bộ hóa, không có khả năng đồng tải nguồn.
  66. NRZ,RZ
  67. Manchester - Mã Manchester và các dạng dẫn xuất của nó không những đ−ợc sử dụng rất rộng rãi trong truyền thông công nghiệp, mà còn phổ biến trong các hệ thống truyền dữ liệu khác. - Thực chất, đây là một trong các ph−ơng pháp điều chế pha xung, tham số thông tin đ−ợc thể hiện qua các s−ờn xung. Bít "1" đ−ợc mã hóa bằng s−ờn lên, bit "0" bằng s−ờn xuống của xung ở giữa chu kỳ bit T, hoặc ng−ợc lại (Manchester-II).
  68. Manchester - Đặc điểm của tín hiệu là có tần số t−ơng đ−ơng với tần số nhịp bus, các xung của nó có thể sử dụng trong việc đồng bộ hóa giữa bên gửi và bên nhận. - Sử dụng tín hiệu l−ỡng cực, dòng một chiều sẽ bị triệt tiêu. Do đó ph−ơng pháp này thích hợp với các ứng dụng đòi hỏi khả năng đồng tải nguồn. - Một điểm đáng chú ý nữa là do sử dụng s−ờn xung, mã Manchester rất bền vững đối với nhiễu bên ngoài. Nh−ng ng−ợc lại, nhiễu xạ của tín hiệu cũng t−ơng đồi lớn bởi tần số cao.
  69. Manchester
  70. FSK - Trong ph−ơng pháp điều chế dịch tần số FSK (Frequency Shift Keying), hai tần số khác nhau đ−ợc dùng để mã hóa các trạng thái logic "0" và "1". - Đây chính là ph−ơng pháp điều chế tần số tín hiệu mang, hay truyền tải dải mang. - Tín hiệu có dạng hình sin, các tần số có thể bằng hoặc là bội số tần số nhịp bus nên có thể dùng để đồng bộ nhịp. - −u điểm tiếp theo của ph−ơng pháp này là độ bền vững đối với tác động của nhiễu.
  71. FSK - Nhờ tính chất điều hòa của tín hiệu mà dòng một chiều đ−ợc triệt tiêu, nên có thể sử dụng chính đ−ờng truyền đề đồng tải nguồn nuôi các thiết bị kết nối mạng. -Nh−ợc điểm của FSK là tần số tín hiệu t−ơng đối cao. Điều này một mặt dẫn đến khả năng gây nhiễu mạnh đối với bên ngoài và mặt khác hạn chế việc tăng tốc độ truyền. Thực tế, ph−ơng pháp này chỉ đ−ợc sử dụng cho các hệ thống có tốc độ truyền t−ơng đối thấp.
  72. Các nguyên nhân gây ra lỗi - Các hiện t−ợng tĩnh. - ồn nhiệt. - Các hiện t−ợng ngẫu nhiên
  73. Các định nghĩa + Tỉ lệ bit lỗi: Tỉ lệ bit lỗi p là th−ớc đo đặc tr−ng cho độ nhiễu của kênh truyền dẫn, đ−ợc tính bằng tỉ lệ giữa số bit bị lỗi trên tổng số bit đ−ợc truyền đi. Nói một cách khác, tỉ lệ bit lỗi chính là xác suất một bit truyền đi bị lỗi. L−u ý rằng, tỉ lệ bit lỗi xấu nhất không phải là 1, mà là 0,5. Trong tr−ờng hợp p = 1 tức là bất cứ bit nào truyền đi cũng bị sai lệch, ta chỉ việc đảo các bit để khôi phục lại dữ liệu. Khi p = 0,5 tức xác suất cứ hai bit truyền đi lại có một bit bị lỗi thì đ−ờng truyền này hoàn toàn không sử dụng đ−ợc, bởi theo lý thuyết thông tin thì không thể có một ph−ơng pháp bảo toàn dữ liệu nào có thể áp dụng tin cậy, có hiệu quả. Trong kỹ thuật, p = 10-4 là một giá trị th−ờng chấp nhận đ−ợc. Một đ−ờng truyền có tỉ lệ bit lỗi nh− vậy có thể thực hiện đ−ợc t−ơng đối dễ dàng.
  74. Các định nghĩa + Tỉ lệ lỗi còn lại: Tỉ lệ lỗi còn lại R là thông số đặc tr−ng cho độ tin cậy dữ liệu của một hệ thống truyền thông, sau khi dã thực hiện các biện pháp bảo toàn kể cả truyền lại trong tr−ờng hợp phát hiện ra lỗi. Tỉ lệ lỗi còn lại đ−ợc tính bằng tỉ lệ giữa số bức điện còn bị lỗi không phát hiện đ−ợc trên tồng số bức điện đã đ−ợc truyền. Đ−ơng nhiên, giá trị này không những phụ thuộc vào tỉ lệ bit lỗi và ph−ơng pháp bảo toàn dữ liệu mà còn phụ thuộc vào chiều dài trung bình của các bức điện. Một bức điện càng dài thì xác suất lỗi càng lớn.
  75. Các định nghĩa + Thời gian trung bình giữa hai lần lỗi: Tỉ lệ lỗi còn lại là một thông số t−ơng đối khó hình dung, vì vậy trong thực tế ng−ời ta hay xét tới thời gian trung bình giữa hai lần lỗi TMTBF (MTBF = Mean Time Between Failures). Thông số này có liên quan chặt chẽ tới giá trị tỉ lệ lỗi còn lại: TMTBF = n/( v * R ) Với n là chiều dài bức điện tính bằng bit và v là tốc độ truyền tính bằng bit/s. Giả sử một bức điện có chiều dài n = 100 bit đ−ợc truyền liên tục với tốc độ 1200 bit/s, quan hệ giữa tỉ lệ bit lỗi và thời gian trung bình giữa hai lần lỗi sẽ đ−ợc thể hiện nh− sau: RTMTBF: 10-6 1 ngày 10-10 26 năm 10-14 260 000 năm
  76. Các định nghĩa + Khoảng cách Hamming (Hamming Distance, HD): Khoảng cách Hamming (gọi theo nhà khoa học Mỹ R.W. Hamming) là thông số đặc tr−ng cho độ bền vững của một mã dữ liệu, hay nói cách khác chính là khả năng phát hiện lỗi của một ph−ơng pháp bảo toàn dữ liệu HD có giá trị bằng số l−ợng bít lỗi tối thiểu mà không đảm bảo chắc chắn phát hiện đ−ợc trong một bức điện. Nếu trong một bức điện chỉ có thể phát hiện một cách chắc chắn k bit bị lỗi, thì HD = k+ 1 . Ví dụ, nếu một lỗi duy nhất có thể phát hiện đ−ợc một cách chắc chắn (nh− trong ph−ơng pháp dùng parity bit 1 chiều), thì khoảng cách Hamming là 2. Đây là giá trị tối thiểu mà một ph−ơng pháp truyền đòi hỏi. Các hệ thống bus tr−ờng thông dụng th−ờng có khoảng cách Hamming là 4, các hệ thông đạt độ tin cậy rất cao với HD = 6.
  77. Các định nghĩa + Hiệu suất truyền dữ liệu: Hiệu suất truyền dữ liệu E là một thông số đặc tr−ng cho việc sử dụng hiệu quả các bức điện phục vụ chức năng bảo toàn dữ liệu, đ−ợc tính bằng tỉ lệ số bit mang thông tin nguồn (bit dữ liệu không bị lỗi trên toàn bộ số bit đ−ợc truyền. Ta có: E = m ( l-p)n/n m - Số l−ợng bit dữ liệu trong mỗi bức điện n - Chiều dài bức điện p - Tỉ lệ bit lỗi
  78. Phát hiện và sửa lỗi Phần lớn các ph−ơng pháp phát hiện lỗi là công thêm vào bản tin các bit vừa giúp để biểu diễn bản tin vừa để phát hiện lỗi.
  79. Phát hiện và sửa lỗi Có hai cách sửa lỗi cho bản tin: + Sửa lỗi có phản hồi: Bộ thu sẽ phân tích và phát hiện ra các lỗi có trong bản tin đ−ợc gửi đi từ bộ truyền. Đã đ−ợc định nghĩa ở trong giao thức, bộ thu sẽ yêu cầu bộ phát gửi lại bản tin. Phần lớn các giao thức mạng máy tính và công nghiệp sử dụng cách này. + Sửa lỗi không có phản hồi: Trong ph−ơng pháp này bộ thu không chỉ phát hiện ra lỗi có ở trong bản tin mà nó còn phục hồi lại bản tin đúng từ các thông tin sửa lỗi đi kèm theo. Cách này th−ờng đ−ợc sử dụng khi truyền ở khoảng cách lớn trong không gian, ở đây thời gian đòi hỏi cho việc truyền lại bản tin là quá lớn, hay trong hệ truyền thông tin theo một chiều (phát thanh, truyền hình).
  80. Kiểm tra chẵn lẻ ký tự -Tr−ớc khi truyền đi một ký tự, bên phát sẽ căn cứ vào mức độ là chẵn (EVEN) hay lẻ (ODD) để tính toán một bit công thêm vào ký tự. Lẻ ( ODD): số bit "1" trong ký tự là lẻ. Chẵn (EVEN): số bit "1" trong ký tự là chẵn. -Ph−ơng pháp này cung cấp hiệu quả phát hiện lỗi thấp ( HD=2), khi có 2 bit cùng thay đổi giá trị thì không phát hiện đ−ợc. -Ph−ơng pháp này phù hợp trong tr−ờng hợp đơn giản, giá thành thực hiện thấp, cho phép kiểm tra nhanh độc hính xác của dữ liệu, dễ dàng tính nhẩm để kiểm tra.
  81. Kiểm tra chẵn lẻ ký tự - Mặc dù có nhiều hạn chế, nh−ng nó vẫn đ−ợc dùng trong các ứng dụng không đòi hỏi cao nh− truyền giữa máy tính và máy in, hay trong các ứng dụng mà các thiết bị đặt gần nhau và trong môi tr−ờng có độ ồn thấp. - Kiểm tra chẵn lẻ phát hiện đ−ợc 60% lỗi.
  82. Kiểm tra chẵn lẻ ký tự
  83. Kiểm tra chẵn lẻ ký tự
  84. Kiểm tra khối - Kiểm tra chẵn lẻ khối: ( BCC-Block Check Character ; LRC-Longitudinal Redundancy Check) Trong cách kiểm tra khối bản tin các ký tự đ−ợc xem nh− là mảng bit hai chiều. Một bit chẵn lẻ đ−ợc gắn thêm cho mỗi ký tự. Sau một số l−ợng đã định tr−ớc các ký tự, 1ký tự mà nó thực hiện việc kiểm tra chẵn lẻ của cột sẽ đ−ợc truyền. Mặc dù tốt hơn nh−ng ph−ơng pháp này cũng không phát hiện hết lỗi.(PP này có HD=4).
  85. Kiểm tra khối
  86. Kiểm tra khối - Lấy Check-sum toán học: Nó đơn giản là lấy tổng của tất cả các ký tự trong khối. Nó cung cấp khả năng kiểm tra tốt hơn nh−ng đòi hỏi thêm hai byte khi truyền.
  87. Kiểm tra CRC -Ph−ơng pháp có tên nh− vậy do các bit trong một bản tin đ−ợc dịch chuyển quay vòng qua một thanh ghi. Nó cũng còn đ−ợc gọi là ph−ơng pháp mã đa thức (polynomial code) vì có sử dụng khái niệm đa thức đại số quen thuộc. - Một xâu bit bất kỳ đ−ợc xem đ−ợc xem nh− là một tập hợp các hệ số (0 và 1) của một đa thức đại số. Nếu xâu bit gồm k bits thì đa thức t−ơng ứng sẽ có bậc k-1, gồm k số hạng từ x0 đến xk-1.
  88. Kiểm tra CRC - Để tìm tập bits kiểm tra (đ−ợc gọi là checksum) thích hợp để ghép vào sâu bit cần truyền đi sao cho bên nhận có thể kiểm soát đ−ợclỗi, t− t−ởng của ph−ơng pháp CRC là: - Chọn tr−ớc một đa thức ( gọi là đa thức sinh - Generator polynomial) G(x) với hệ số cao nhất và thấp nhất bằng 1. - Checksum đ−ợc tìm thoả mãn điều kiện: đa thức t−ơng ứng với sâu ghép ( Gốc và checksum) phải chia hết (Modulo 2) cho G(x). - Khi nhận tin để kiểm soát lỗi, lấy đa thức t−ơng ứng với sâu bit nhận đ−ợc chia cho G(x). Nếu chia không hết thì khẳng định là đã có lỗi. Nếu chia hết thì ch−a thể khẳng định là đúng.
  89. Kiểm tra CRC
  90. Kiểm tra CRC
  91. Kiểm tra CRC Hiện nay có một số đa thức sinh chuẩn: CRC - 12 = x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1 CRC - 16 = x16 + x15 + x2 + 1 CRC - CCITT = x16 + x12 + x5 + 1 CRC-32= x32+x26+x23+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1
  92. Kiểm tra CRC Ph−ơng pháp này có hiệu quả phát hiệ lỗi tốt. Với CRC-16 và CRC-CCITT nh− sau: - Lỗi 1 bit :100%. - Lỗi 2 bit: 100%. - Lỗi lẻ bit: 100%. - Khối lỗi 16 bit: 99,9969% - Các lỗi khác: 99,9984%
  93. Kiểm tra CRC
  94. Kiểm tra CRC