›

Các vấn đề cơ bản của truyền số liệu

pdf 98 trang huongle 3510
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Các vấn đề cơ bản của truyền số liệu", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfcac_van_de_co_ban_cua_truyen_so_lieu.pdf

Nội dung text: Các vấn đề cơ bản của truyền số liệu

  1. Các vấn đề cơ bản của truyền số liệu bvhieu@dit.hcmut.edu.vn bvhieu@cse.hcmut.edu.vn 1
  2. Nội dung ƒ Dữ liệu và tín hiệu ƒ Truyền dẫn dữ liệu ƒ Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ƒ Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) ƒ Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) ƒ Lỗi và phát hiện, sữa lỗi ƒ Giao tiếp V.24/EIA-232-F ƒ Nén thông tin ƒ Phân hợp kênh ƒ ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 2
  3. Mã dữ liệu ƒ Baudot (Emile Baudot) ƒ 5 bit (32 mã) ƒ Dùng 2 mã 5 bit (letter & figure) để mã hết các ký tự, chữ số và dấu ƒ ASCII (American Standard Code for Information Interchange) ƒ 7 bit (128 mã), bao gồm các ký tự chữ thường và hoa, các ký tự chữ số, các ký tự dấu chấm câu và các ký tự đặc biệt. ƒ Phổ biến nhất hiện nay được sử dụng trong giao tiếp dữ liệu tuần tự. ƒ EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) ƒ 8 bit ƒ Được dùng trong các hệ thống máy tính IBM ƒ Unicode ƒ 16 hoặc 32 bit ƒ Hứa hẹn được sử dụng rộng rãi trong tương lai Bộ môn Kỹ thuật máy tính 3
  4. Mã Baudot “JAMES BOND 007 SAYS HI!” Bộ môn Kỹ thuật máy tính 4
  5. Mã ASCII Bộ môn Kỹ thuật máy tính 5
  6. Cấu trúc kênh truyền ƒ Song song (Parallel) ƒ Mỗi bit dùng một đường truyền riêng. ƒ Một kênh truyền riêng được dùng để thông báo cho bên nhận biết khi nào có dữ liệu (clock signal) ƒ Có thể có thêm kênh truyền báo bên nhận sẵn sàng nhận dữ liệu mới Bộ môn Kỹ thuật máy tính 6
  7. Cấu trúc kênh truyền ƒ Tuần tự (Serial) ƒ Tất cả các bit đều được truyền trên cùng một đường truyền ƒ Không cần đường truyền riêng cho tín hiệu đồng bộ ƒ 2 cách truyền ƒ Bất đồng bộ: mỗi ký tự được đồng bộ bởi start và stop bit ƒ Đồng bộ: mỗi khối ký tự được đồng bộ dùng cờ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 7
  8. Nội dung ƒ Dữ liệu và tín hiệu ƒ Truyền dẫn dữ liệu ƒ Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ƒ Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) ƒ Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) ƒ Lỗi và phát hiện, sữa lỗi ƒ Cấu hình ƒ Giao tiếp V.24/EIA-232-F ƒ Nén thông tin ƒ Phân hợp kênh ƒ ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 8
  9. Truyền bất đồng bộ ƒ Dữ liệu được truyền theo ký tự (5 → 8 bits) ƒ Chỉ cần giữ đồng bộ trong một ký tự ƒ Tái đồng bộ cho mỗi ký tự mới ƒ Hành vi ƒ Ở trạng thái rảnh, bộ thu phát hiện sự chuyển 1 → 0 ƒ Lấy mẫu 5->8 khoảng kế tiếp (chiều dài ký tự) ƒ Đợi việc chuyển 1 → 0 cho ký tự kế tiếp ƒ Hiệu suất ƒ Đơn giản ƒ Rẻ ƒ Phí tổn lớn (~20%) ƒ Thích hợp cho dữ liệu với khoảng trống giữa các ký tự lớn Bộ môn Kỹ thuật máy tính 9
  10. Truyền bất đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 10
  11. Truyền bất đồng bộ ƒ Đồng bộ bit ƒ Chuyển đổi 1 byte thông tin thành/từ chuỗi bit ƒ PISO – SIPO ƒ Clock thường mất đồng bộ ƒ Bộ thu thường dùng clock gấp N lần clock của bộ phát Bộ môn Kỹ thuật máy tính 11
  12. Truyền bất đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 12
  13. Truyền bất đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 13
  14. Tryền bất đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 14
  15. Truyền bất đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 15
  16. Truyền bất đồng bộ ƒ Đồng bộ ký tự (character synchronization): dùng start và stop bit Bộ môn Kỹ thuật máy tính 16
  17. Truyền bất đồng bộ ƒ Đồng bộ khung (frame synchronization): dùng các ký tự điều khiển (STX, ETX, DLE) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 17
  18. Truyền đồng bộ ƒ Truyền không cần start/stop ƒ Phải có tín hiệu đồng bộ ƒ Đồng bộ bit (bit synchronization): ƒ Clock encoding and extraction (Timestamp) ƒ Tích hợp thông tin đồng bộ (clock) vào trong dữ liệu truyền ƒ Đầu nhận sẽ tách thông tin đồng bộ dựa vào dữ liệu nhận được ƒ RZ, Manchester (NRZ signaling), differential Manchester ƒ Digital Phase-Lock-Loop ƒ Dùng một đường tín hiệu đồng bộ riêng biệt ƒ Tín hiệu đồng bộ dễ bị suy giảm trên đường truyền ƒ Thích hợp khi truyền một khoảng cách ngắn Bộ môn Kỹ thuật máy tính 18
  19. Mã hóa và tách dữ liệu đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 19
  20. Truyền đồng bộ ƒ Đồng bộ khung (frame synchronization): ƒ Character-oriented synchronous transmission ƒ Dùng các ký tự điều khiển : SYN, STX, ETX, DLE. ƒ Bit-orienter synchronous transmission ƒ Dùng các mẫu bit điều khiển (flag byte or flag pattern) → bit stuffing problem ƒ Hiệu quả: phí tổn thấp hơn so với truyền bất đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 20
  21. Nội dung ƒ Dữ liệu và tín hiệu ƒ Truyền dẫn dữ liệu ƒ Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ƒ Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) ƒ Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) ƒ Lỗi và phát hiện, sữa lỗi ƒ Cấu hình ƒ Giao tiếp V.24/EIA-232-F ƒ Nén thông tin ƒ Phân hợp kênh ƒ ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 21
  22. Điều khiển lỗi ƒ Dữ liệu nhận có lỗi ƒ 2 cách khắc phục khi phát hiện có lỗi ƒ Forward error control: bên nhận có thể phát hiện và sửa lỗi ƒ Feedback (backward) error control: ƒ Bên nhận có thể phát hiện lỗi. ƒ Yêu cầu truyền lại ký tự/frame sai ƒ Phân loại lỗi ƒ Single-bit error – nhiễu trắng ƒ Burst error: chuỗi các bit liên tiếp bị lỗi – nhiễu xung, suy giảm (khi truyền vô tuyến) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 22
  23. Quá trình phát hiện sai E, E’: mã phát hiện sai f: hàm phát hiện mã sai Bộ môn Kỹ thuật máy tính 23
  24. Parity ƒ Bit parity ƒ Parity chẵn: (N + P) phải là một số chẵn ƒ Parity lẻ: (N + P) phải là một số lẻ ƒ N: tổng số bit 1 có trong dữ liệu cần kiểm tra lỗi ƒ P: giá trị của bit parity D a t a D a t a Parity bit ( ASCII ) B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 (odd ) h 1 0 0 0 0 1 1 0 e 1 0 0 0 0 0 1 1 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 24
  25. Parity ƒ Đặc điểm ƒ Chỉ dò được lỗi sai một số lẻ bit ƒ Không sửa được lỗi ƒ Hiệu suất truyền thông tin kém Bộ môn Kỹ thuật máy tính 25
  26. Mạch tạo Parity Bộ môn Kỹ thuật máy tính 26
  27. Block Sum Check ƒ Block Sum Check (BSC): sử dụng parity hàng và cột ƒ Chỉ sửa được sai khi số bit sai là một ƒ Dò tìm được tất cả các lỗi sai một số lẻ bit và hầu hết các lỗi sai một số chẵn bit. ƒ Không dò được lỗi sai một số chẵn bit xảy ra đồng thời trên cả hàng và cột. D a t a Start D a t a Parity Stop B 1 B 2 B 3 B 4 B 5 B 6 B 7 (even) H 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 E 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 L 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 L 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 O 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 BCC 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 (odd) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 27
  28. Block Sum Check ƒ Biến thể ƒ Dùng tổng bù 1 (1’s-complement sum) thay cho tổng modulo 2 (2-modulo sum) ƒ Các ký tự trong block được truyền được coi như các số nhị phân không dấu ƒ Tốt hơn phương pháp modulo 2 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 communication 1 0 1 1 0 1 1 content 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1’s-complement sum 1 0 0 1 1 0 1 1 invert 1 1 1 1 1 1 1 Zero in 1’s-complement 0 1 1 0 0 1 0 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 28
  29. Cyclic Redundancy Check ƒ Nguyên lý ƒ k-bit message ƒ Bên phát tạo ra chuỗi n bit FCS (Frame Check Sequence) sao cho frame gởi đi (k+n bit) chia hết cho 1 số xác định trước ƒ Bên thu chia frame nhận được cho cùng số đó. Nếu phần dư bằng 0 thì có khả năng không có lỗi ƒ Số học modulo 2 ƒ Exlusive-or 1 1 0 0 1 x 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 + 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 29
  30. Cyclic Redundancy Check ƒ Xác định FCS ƒ T: frame được truyền (k+n bit) ƒ M: message dữ liệu cần truyền (k bit đầu của T) ƒ F: FCS (n bit sau của T) ƒ P: số chia được xác định trước (n+1 bit) T = 2n M + F 2n M R F = R = Q + P P ƒ Kiểm tra T = 2n M + R T 2n M + R R R = = Q + + = Q P P P P Bộ môn Kỹ thuật máy tính 30
  31. Cyclic Redundancy Check ƒ Xác định FCS: ƒ Biểu diễn dạng đa thức: 110011 →X5 + X4 + X + 1 ƒ Chia đa thức (trong Module 2) ƒ Ví dụ ƒ Dữ liệu cần truyền: 1001001 (k = 7 bits) → đa thức biễu diễn: M(x) = X6 + X3 + 1 ƒ Cho số chia 1001: đa thức sinh P(x) =X3 + 1 (n = 3 bits) ƒ Dữ liệu dịch trái n bits: 2nM(x) = X9 + X6 + X3 ƒ Chia dư 1. FCS = 001 ƒ Dữ liệu được truyền: 1001001001 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 31
  32. Cyclic Redundancy Check ƒ Số chia P ƒ Dài hơn 1 bit so với FCS mong muốn ƒ Được chọn tùy thuộc vào loại lỗi mong muốn phát hiện ƒ Yêu cầu tối thiểu: msb và lsb phải là 1 ƒ Khả năng phát hiện lỗi ƒ Tr = T + E ƒ T: frame được truyền ƒ Tr: frame nhận được ƒ E: error pattern ƒ Error không bị phát hiện iff Tr chia hết cho P (i.e. iff E chia hết cho P) ƒ Các lỗi được phát hiện ƒ Tất cả các lỗi bit đơn ƒ Tất cả các lỗi kép nếu P có ít nhất 3 toán hạng ƒ Một số lẻ lỗi bất kỳ nếu P chứa 1 thừa số (X+1) ƒ Bất kỳ lỗi chùm nào mà chiều dài của chùm nhỏ hơn chiều dài FCS ƒ Hầu hết các lỗi chùm lớn hơn Bộ môn Kỹ thuật máy tính 32
  33. Cyclic Redundancy Check ƒ 4 P được sử dụng rộng rãi ƒ CRC-12 = X12 + X11 + X3 + X2 + X + 1 ƒ 12-bit FCS ƒ 6-bit characters ƒ CRC-16 = X16 + X15 + X2 + 1 ƒ 16-bit FCS ƒ 8-bit characters ƒ US ƒ CRC-CCITT = X16 + X12 + X5 +1 ƒ Europe ƒ CRC-32 = X32 + X26 + X23 + X22 + X16 + X12 + X11 + X10 + X8 + X7 + X5 + X4 + X2 + X + 1 ƒ 32-bit FCS ƒ Point-point synchronous transmission, DoD apps Bộ môn Kỹ thuật máy tính 33
  34. Cyclic Redundancy Check M=1010001101 P=110101 A B C D E Input Initial 0 0 0 0 0 1010001101 1 + Step 1 0 0 0 0 1 1 Step 2 0 0 0 1 0 0 E Step 3 0 0 1 0 1 1 Step 4 0 1 0 1 0 0 D Step 5 1 0 1 0 0 0 Step 6 1 1 1 0 1 0 x2 + Step 7 0 1 1 1 0 1 Step 8 1 1 1 0 1 1 C Step 9 0 1 1 1 1 0 Step 10 1 1 1 1 1 1 B Step 11 0 1 0 1 1 0 Step 12 1 0 1 1 0 0 x4 + Step 13 1 1 0 0 1 0 Step 14 0 0 1 1 1 0 x5 A Step 15 0 1 1 1 0 0 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 34
  35. Sửa lỗi ƒ Cách sửa lỗi thông thường yêu cầu truyền lại khối dữ liệu ƒ Không thích hợp cho các ứng dụng trao đổi dữ liệu không dây ƒ Xác suất lỗi cao, truyền lại nhiều ƒ Thời gian trễ truyền lớn hơn nhiều thời gian truyền dữ liệu ƒ Khối dữ liệu được truyền lại bị lỗi và nhiều khối dữ liệu khác tiếp theo ƒ Cần thiết sửa lỗi dựa vào các dữ liệu nhận được Bộ môn Kỹ thuật máy tính 35
  36. Quá trình sửa sai Bộ môn Kỹ thuật máy tính 36
  37. Quá trính sửa sai ƒ Mỗi khối dữ liệu k bit được ánh xạ vào khối n bit (n>k) ƒ Từ mã – Codeword ƒ Forward error correction (FEC) encoder ƒ Codeword được truyền đi ƒ Chuỗi bit nhận được tương tự như chuỗi được truyền đi, nhưng có chứa lỗi ƒ Codeword được gởi tới bộ giải mã FEC ƒ Nếu không có lỗi, trích xuất khối dữ liệu ban đầu ƒ Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện và sửa lỗi ƒ Một vài mẫu lỗi có thể được phát hiện nhưng không sửa được ƒ Một vài mẫu lỗi có thể không được phát hiện (ít xảy ra) ƒ FEC trích xuất khối dữ liệu sai Bộ môn Kỹ thuật máy tính 37
  38. Nội dung ƒ Dữ liệu và tín hiệu ƒ Truyền dẫn dữ liệu ƒ Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ƒ Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) ƒ Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) ƒ Lỗi và phát hiện, sữa lỗi ƒ Giao tiếp V.24/EIA-232-F ƒ Nén thông tin ƒ Phân hợp kênh ƒ ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 38
  39. Cấu hình đường truyền ƒ Topology ƒ Sắp xếp vật lý các trạm trên môi trường tryền Point-to-point Multipoint Bộ môn Kỹ thuật máy tính 39
  40. Giao tiếp (interface) ƒ Quá trình giao tiếp ƒ Thiết bị xử lý dữ liệu (DTE) thường không có các phương tiện phát dữ liệu ƒ Cần một thiết bị giao tiếp (DCE) – ví dụ: modem, NIC, ƒ DCE phát các bit dữ liệu trên môi trường truyền dẫn ƒ DCE trao đổi dữ liệu và thông tin điều khiển với DTE ƒ Được thực hiện thông qua mạch trao đổi ƒ Cần một chuẩn giao tiếp rõ ràng DTE DCE Media DCE DTE Bộ môn Kỹ thuật máy tính 40
  41. Giao tiếp ƒ Các đặc tính (characteristic) ƒ Cơ khí ƒ Kết nối ƒ Điện ƒ Điện áp, định thời, mã hóa, ƒ Chức năng ƒ Dữ liệu, điều khiển, định thời, đất, ƒ Thủ tục ƒ Chuỗi các sự kiện Bộ môn Kỹ thuật máy tính 41
  42. Chuẩn V.24/EIA–232–F ƒ ITU-T v.24 ƒ Chỉ đặc tả hai đặc tính chức năng và thủ tục ƒ Tham khảo các chuẩn khác cho các đặc tính cơ khí và đặc tính điện ƒ EIA-232-F (USA) ƒ Đặc tính cơ khí: ISO 2110 ƒ Đặc tính điện: v.28 ƒ Chức năng: v.24 ƒ Thủ tục: v.24 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 42
  43. Đặc tính cơ khí DB-25 female Bộ môn Kỹ thuật máy tính 43
  44. Đặc tính điện ƒ Tín hiệu số ƒ NRZ-L ƒ >+3V – 0 ƒ <-3V – 1 ƒ Tốc độ tín hiệu < 20kbps ƒ Chiều dài dây dẫn < 15m Bộ môn Kỹ thuật máy tính 44
  45. Đặc tính chức năng V.24 EIA-232 Name Direction to Function Data signals 103 BA Transmitted data DCE Transmitted by DTE 104 BB Received data DTE Received by DTE Control signals 105 CA Request to send DCE DTE wishes to transmit 106 CB Clear to send DTE DCE is ready to receive, response to RTS 107 CC DCE ready DTE DCE is ready to operate 108.2 CD DTE ready DCE DTE is ready to operate 125 CE Ring indicator DTE DCE is receiving a ringing signal on the channel line 109 CF Received line signal detector DTE DCE is receiving a signal within appropriate limits on the channel line Timing signals 113 DA Transmitter sig. elm. timing DCE Clocking signal 114 DB Transmitter sig. elm. timing DTE Clocking signal; 115 DD Receiver sig. elm. timing DTE Clocking signal for circuit 104 Ground 102 AB Signal ground/common return Common ground reference for all circuits Bộ môn Kỹ thuật máy tính 45
  46. Loopback testing Bộ môn Kỹ thuật máy tính 46
  47. Đặc tính thủ tục ƒ Khi modem (DCE) được bật lên và sẵn sàng, nó bật tín hiệu “DCE ready” ƒ Khi DTE muốn gởi dữ liệu, nó gửi tín hiệu “Request To Send” đến DCE ƒ Cấm chế độ nhận dữ liệu (nếu trong chế độ truyền half-duplex) ƒ Modem đáp lại sẵn sàng bằng tín hiệu “Clear To Send” ƒ DTE gởi dữ liệu ƒ Dữ liệu truyền qua môi trường truyền đến DCE nhận ƒ Khi dữ liệu đến, DCE gắn vào DTE nhận sẽ bật tín hiệu “Line Signal Detector” và gởi dữ liệu cho DTE Bộ môn Kỹ thuật máy tính 47
  48. Hoạt động quay số (1) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 48
  49. Hoạt động quay số (2) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 49
  50. Hoạt động quay số (3) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 50
  51. Cấu hình dây dẫn ƒ Trao đổi thông tin giữa DTE và DCE ƒ Truyền dữ liệu (DTE đến DCE) ƒ Bật DTR và RTS ƒ Đợi DSR ƒ Đợi CTS ƒ Truyền dữ liệu ƒ Nhận dữ liệu (DCE đến DTE) ƒ Bật DTR ƒ Đợi DSR ƒ Nhận dữ liệu ƒ Trao đổi thông tin giữa 2 DTE ƒ Không cần DCE ƒ Null modem cable Bộ môn Kỹ thuật máy tính 51
  52. Chuẩn giao tiếp EIA RS–232C connection setup & clear, data transfer Bộ môn Kỹ thuật máy tính 52
  53. Nội dung ƒ Dữ liệu và tín hiệu ƒ Truyền dẫn dữ liệu ƒ Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ƒ Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) ƒ Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) ƒ Lỗi và phát hiện, sữa lỗi ƒ Giao tiếp V.24/EIA-232-F ƒ Nén thông tin ƒ Phân hợp kênh ƒ ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 53
  54. Nén dữ liệu ƒ Run-length encoding (packed decimal) ƒ Dùng cho message gồm các chữ số ƒ Mã BCD thay vì ASCII ƒ Có thể dùng 4 bit thấp đối với các thông tin đầy đủ STX Ctrl ‘2’‘6’ ‘:’ ‘3’‘2’ ‘;’ ‘1’‘6’ ‘:’ ‘9’ ‘;’ ‘;’ ETX BCC 26.32 16.9 Number of BCD digits Closing flag Control character = packed decimal follows Opening flag (bit-oriented) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 54
  55. Nén dữ liệu ƒ Differenial encoding (relative encoding) ƒ Chỉ gửi phần thay đổi so với giá trị cũ STX ‘+’ ’1’ ’9‘ ‘+’ ‘2’ ‘9’ ‘+’ ‘9’ ETX BCC End-of-value delimiters Flag +3 +4 +5 +5 +4 +3 Flag All difference values binary-encoded in a single (signed) byte Bộ môn Kỹ thuật máy tính 55
  56. Nén dữ liệu ƒ Character suppresion ƒ Mã hóa nếu có 3 hoặc nhiều hơn kí tự giống nhau STX Ctrl ’9‘ length ‘A’ ‘B’ Ctrl ‘.’ length ETX BCC Single (uncompressed) character Number of characters in run Character type (’9‘=space/blank) Control character = compressed string follows Bộ môn Kỹ thuật máy tính 56
  57. Mã hóa Huffman ƒ Đặc điểm ƒ Đây là mã thống kê (phương pháp nén mã tối ưu) ƒ Mã hóa dựa trên xác suất sử dụng của các ký tự ƒ Những ký tự được dùng nhiều nhất sẽ có từ mã ngắn nhất ƒ Không có tính prefix Bộ môn Kỹ thuật máy tính 57
  58. Mã hóa Huffman (tt) ƒ Giải thuật ƒ Sắp xếp các nguồn tin có xác suất giảm dần ƒ Một cặp bit 0-1 được gán cho 2 nguồn tin xác suất nhỏ nhất ƒ 2 nguồn tin này được kết hợp, tạo thành nguồn tin mới có xác suất bằng tổng xác suất của 2 nguồn tin thành phần ƒ Sắp xếp lại các nguồn tin ƒ Lặp lại đến khi 2 nguồn tin cuối cùng được kết hợp ƒ Từ mã cho mỗi nguồn tin được viết theo thứ tự từ gốc đến ngọn ƒ Chiều dài từ mã trung bình Lavg = Σli x pi ƒ li : chiều dài nguồn tin Xi ƒ pi : xác suất xuất nguồn tin Xi Bộ môn Kỹ thuật máy tính 58
  59. Mã hóa Huffman (tt) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 59
  60. Mã hóa Shannon-Fano ƒ Đặc điểm ƒ Mã tối ưu ƒ Không có tính prefix ƒ Giải thuật ƒ Sắp xếp các nguồn tin có xác suất giảm dần ƒ Chia các nguồn tin thành hai phần có xác suất xấp xỉ nhau và gán 0 cho phần trên, gán 1 cho phần dưới ƒ Lặp lại bước trên cho mỗi phần cho đến khi chỉ còn một nguồn tin ƒ Ghi ra các từ mã Bộ môn Kỹ thuật máy tính 60
  61. Shannon – Fano ƒ Các nguồn tin và xác suất xuất hiện của các nguồn tin tương ứng ƒ X1 (30%), X2 (20%), X3 (10%), X4 (10%), X5 (20%), X6 (5%), X7 (3%), X8 (2%) ƒ Lavg = 2.0,3+2.0,2+3.0,2+3.0,1+3.0,1+4.0,05+5.0,03+5.0,02 = 2,65 bits Initial Sorted Shannon-Fano code Code word STT Xi % Xi % Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 1 X1 30 X1 30 0 0 00 2 X2 20 X2 20 0 1 01 3 X3 10 X5 20 1 0 0 100 4 X4 10 X3 10 1 0 1 101 5 X5 20 X4 10 1 1 0 110 6 X6 5 X6 5 1 1 1 0 1110 7 X7 3 X7 3 1 1 1 1 0 11110 8 X8 2 X8 2 1 1 1 1 1 11111 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 61
  62. Nội dung ƒ Dữ liệu và tín hiệu ƒ Truyền dẫn dữ liệu ƒ Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ƒ Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) ƒ Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) ƒ Lỗi và phát hiện, sữa lỗi ƒ Giao tiếp V.24/EIA-232-F ƒ Nén thông tin ƒ Phân hợp kênh ƒ ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 62
  63. Phân hợp kênh (Multiplexing) Multiplexing Frequency-Division Time-Division Multiplexing (FDM) Multiplexing (TDM) Synchronous Asynchronous Bộ môn Kỹ thuật máy tính 63
  64. Frequency – Division Multiplexing (FDM) ƒ Phương pháp này chỉ hiệnthực được khi băng thông môi trường truyềnlớnhơnbăng thông mà tín hiệu đượctruyền yêu cầu ƒ Nhiều tín hiệucóthểđược truyền đồng thờinếumỗitín hiệu được điềuchế trên mộttần số sóng mang ƒ Các tầnsố sóng mang khác nhau sao cho băng thông của các tín hiệu được điềuchế không trùng lấpnhau(guard bands) ƒ Kênh truyền đượccấp phát ngay cả khi không có dữ liệu (cấppháttĩnh) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 64
  65. FDM Bộ môn Kỹ thuật máy tính 65
  66. FDM Bộ môn Kỹ thuật máy tính 66
  67. FDM FDM của 3 kênh thoại Bộ môn Kỹ thuật máy tính 67
  68. FDM mạng AT&T Bộ môn Kỹ thuật máy tính 68
  69. Wavelength Division Multiplexing ƒ Một dạng của FDM ƒ Nhiều chùm ánh sáng vớitầnsố khác nhau ƒ Truyền trong cáp quang ƒ Mỗi kênh dữ liệu được truyền bằng ánh sáng màu khác nhau ƒ 1997 tạiBell Labs ƒ 100 chùm ánh sáng ƒ Mỗi chùm tốc độ 10 Gbps ƒ Hệ thống thương mạihiệntại có 160 kênh, mỗi kênh 10 Gbps ƒ Phòng thí nghiệm(Alcatel) ƒ 256 kênh ƒ Mỗi kênh 39.8 Gbps ƒ Khoảng cách trên 100km Bộ môn Kỹ thuật máy tính 69
  70. Hoạt động WDM ƒ Cùng kiếntrúctổng quát như các FDM khác ƒ Nguồnsángtạo ra các chùm laser vớitầnsố khác nhau ƒ Nhiều chùm sáng kếthợpvớinhauđể lan truyềntrên cùng một cáp quang ƒ Bộ khuếch đạiquanghọc ƒ Khuếch đạitấtcả chiều dài sóng khác nhau ƒ Thông thường khoảng cách ~10km ƒ Phân kênh tại đích đến ƒ Thông thường tầmchiều dài sóng 1550nm ƒ Mỗi kênh 200MHz ƒ Hiệntạilênđến 50GHz Bộ môn Kỹ thuật máy tính 70
  71. Dense Wavelength Division Multiplexing ƒ DWDM ƒ Chưacóđịnh nghĩa chính thức(chưachuẩnhóa) ƒ CáckênhsítnhauhơnWDM ƒ 200GHz Bộ môn Kỹ thuật máy tính 71
  72. Time – Division Multiplexing (TDM) ƒ Synchronous TDM ƒ Phương pháp này chỉ hiệnthực được khi tốc độ dữ liệumôi trường truyềnlớnhơntốc độ dữ liệumàtínhiệu đượctruyền yêu cầu ƒ Nhiều tín hiệu(cả analog và digital) có thểđượctruyền đồng thờitrêncùngmột đường truyền ƒ Time slot đượcgántrướcvàtĩnh ƒ Time slot có thểđược gán không đồng đềugiữa các nguồndữ liệu Bộ môn Kỹ thuật máy tính 72
  73. TDM Bộ môn Kỹ thuật máy tính 73
  74. TDM và FDM Bộ môn Kỹ thuật máy tính 74
  75. Hoạt động TDM Bộ môn Kỹ thuật máy tính 75
  76. Hoạt động TDM (tt) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 76
  77. Đặc điểm TDM (tt) ƒ Không cần header và tailer cho toàn bộ đường truyền ƒ Tốc độ dữ liệucủa đường truyền phân/hợpcốđịnh ƒ Nếucómột kênh không thể nhậndữ liệu, các kênh khác vẫntiếptục ƒ Lỗi đượcpháthiệnvàxử lý bởitừng kênh riêng biệt Bộ môn Kỹ thuật máy tính 77
  78. TDM – Ví dụ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 78
  79. Phân khung TDM ƒ Không có cờ (flag) hoặc các ký tự SYNC để đóng khung các bó TDM ƒ Phảicócơ chếđồng bộ ƒ Cơ chếđóng khung số ƒ Một bit điều khiển đượcthêmvàomỗibóTDM ƒ Các bit điều khiểnnàytạothànhmột kênh khác – “kênh điềukhiển” ƒ Dùng mẫubit định dạng trên kênh điều khiển ƒ Ví dụ mẫu 01010101, khác vớikênhdữ liệu ƒ So sánh mẫu bit đếntrêntừng kênh vớimẫu bit đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 79
  80. TDM – pulse stuffing ƒ Vấn đề: đồng bộ các nguồndữ liệu khác nhau ƒ Tín hiệu clock trên các nguồndữ liệu khác nhau bị “trôi” (drift) ƒ Tốc độ dữ liệucủa các nguồndữ liệu khác nhau không quan hệ theo mộttỉ lệđơngiản ƒ Giải pháp – Pulse Stuffing ƒ Tốc độ dữ liệu đầu ra (không tính các bit khung) cao hơntổng các tốc độ đầuvào ƒ Chèn thêm các bit/xung không có ý nghĩavàomỗitínhiệu đầu vào cho đến khi nó bằng vớiclock cụcbộ ƒ Các bit/xung đượcthêmvàotạinhững vị trí cốđịnh và sẽ bị loạibỏ khi đếnbộ phân kênh Bộ môn Kỹ thuật máy tính 80
  81. TDM – nguồntương tự và nguồnsố Bộ môn Kỹ thuật máy tính 81
  82. TDM – hệ thống truyềnmang ƒ Phân cấpTDM ƒ USA/Canada/Japan dùng mộthệ thống ƒ ITU-T (châu Au) dùng mộthệ thống khác tương tự ƒ Hệ thống Mỹ xây dựng dựatrênđịnh dạng DS-1 ƒ 24 kênh đượcphânhợp ƒ Mỗi khung có 8 bit/kênh và 1 bit khung → 193 bit/khung ƒ Đốivớitruyềnthoại, mỗikênhchứamộttừ củadữ liệu đượcsố hóa (PCM, 8000 mẫu/giây) ƒ Tốc độ dữ liệu 8000 x 193 = 1.544Mbps ƒ 5 trong số 6 khung có các mẫu PCM 8 bit ƒ Khung thứ 6 chứamộttừ PCM 7 bit và một bit tín hiệu ƒ Các bit tín hiệutạo thành một dòng (stream) cho mỗikênhđể điều khiểnvàchứa thông tin tìm đường ƒ Định dạng tương tự cho dữ liệusố ƒ 23 kênh dữ liệu (7 bit/khung và 1 bit chỉ thị cho dữ liệuhoặc điềukhiểnhệ thống) ƒ Kênh thứ 24 dùng để đồng bộ ƒ DS-1 có thể dùng hỗnhợpdữ liệusố và tương tự ƒ Dùng cả 24 kênh ƒ Khôngcókýtựđồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 82
  83. TDM – T1 ƒ Dịch vụ số mức 0 (DS0) = 64 kbps ƒ T1 = 24 kênh thoại= dịch vụ số mức1 (DS1) ƒ Khung TDM ƒ Đóng khung đơngiản: thêm 101010 (1 bit/khung) ƒ Bấtkỳ chuỗikhác→ tái đồng bộ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 83
  84. TDM – đường truyềnE1 ƒ Dùng ở châu Âu, tương tự như T1 (dùng ở Mỹ) ƒ Có 32 bytes trong một khung dài 125µs = 2048 Mbps ƒ 30 kênh được dùng cho dữ liệu ƒ 1 kênh dùng để đồng bộ ƒ 1 kênh dùng để báo hiệu(điều khiển) Bộ môn Kỹ thuật máy tính 84
  85. Đường truyền T1 và E1 Bộ môn Kỹ thuật máy tính 85
  86. Bộ môn Kỹ thuật máy tính 86
  87. TDM –phâncấp Bộ môn Kỹ thuật máy tính 87
  88. TDM – bất đồng bộ ƒ TDM đồng bộ, nhiều slot có thể bị bỏ trống ƒ TDM bất đồng bộ cấp phát time slot động tùy theo nhu cầu ƒ Bộ phân hợpkênhquét các đường nhậpvàtập hợpdữ liệuchođến khi đầy khung ƒ Tốc độ dữ liệurathấp hơntổng tốc độ các đường vào gộplại Bộ môn Kỹ thuật máy tính 88
  89. Vấn đề TDM bất đồng bộ ƒ Thời gian cao điểm nhiều đường truyền cùng hoạt động ƒ Giải quyết ƒ Đệm các đường nhập ƒ Trade-off kích thước bộ đệm và thời gian trễ ƒ Xác xuất bị mất dữ liệu Bộ môn Kỹ thuật máy tính 89
  90. Kích thướcbộđệmvàthờigiantrễ Bộ môn Kỹ thuật máy tính 90
  91. TDM – Nguyên tắc 80% ƒ mc –tốc độ dữ liệutối đacủa ngõ ra ƒ mi –tốc độ dữ liệutối đacủa nguồnthứ i ƒ pi –xácxuấtdữ liệucủa nguồnthứ i ƒ mc có thể nhỏ hơntổng các mi ƒ Σpimi < mc Bao nhiêu terminal tốc độ 9600bps có thể dùng chung đường truyền 56Kbps khi dùng kỹ thuật TDM hoặc STDM (pi là 75%) ? Bộ môn Kỹ thuật máy tính 91
  92. TDM bất đồng bộ - định dạng khung Overall frame Subframe with one source per frame Subframe with multiple source per frame Bộ môn Kỹ thuật máy tính 92
  93. Nội dung ƒ Dữ liệu và tín hiệu ƒ Truyền dẫn dữ liệu ƒ Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ƒ Cấu trúc kênh truyền (tuần tự và song song) ƒ Cấu trúc truyền (bất đồng bộ và đồng bộ) ƒ Lỗi và phát hiện, sữa lỗi ƒ Giao tiếp V.24/EIA-232-F ƒ Nén thông tin ƒ Phân hợp kênh ƒ ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 93
  94. Asymmetrical Digital Subscriber Line ƒ ADSL ƒ xDSL ƒ High data rate DSL ƒ Single line DSL ƒ Very high data rate DSL ƒ Liên kếtgiữa thuê bao và mạng ƒ Đường thuê bao ƒ Hiệntại dùng cáp twisted pair ƒ Có thể có băng thông lớnhơn ƒ 1 MHz hoặclớnhơn ƒ Bất đốixứng ƒ Tốc độ dòng dữ liệuxuống (downstream) lớnhơntốc độ dòng dữ liệulên (upstream) ƒ FDM ƒ 25kHz thấpnhấtchothoại ƒ Dùng kỹ thuậtloạibỏ echo (echo cancellation) hoặcFDM để cho 2 băng tần ƒ Dùng FDM trong các băng tần ƒ Phạmvi 5.5km Bộ môn Kỹ thuật máy tính 94
  95. CấuhìnhkênhtruyềnADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 95
  96. Discrete Multitone ƒ DMT ƒ Nhiềutínhiệu sóng mang ở các tầnsố khác nhau ƒ Vài bit trên mỗikênh ƒ Kênh phụ 4kHz ƒ Gởi tín hiệu test và dùng kênh phụ vớitỉ số SNR tốthơn ƒ 256 kênh phụ downstream mỗi kênh 4kHz (60kbps) ƒ 15.36MHz ƒ Impairments bring this down to 1.5Mbps to 9Mbps Bộ môn Kỹ thuật máy tính 96
  97. DMT Transmitter Bộ môn Kỹ thuật máy tính 97
  98. Tổng kết ƒ Mối quan hệ dữ liệu và tín hiệu số ƒ Kỹ thuật mã hóa tín hiệu ƒ Truyền tuần tự và song song ƒ Truyền bất đồng bộ và truyền đồng bộ ƒ Lỗi và phát hiện, sữa lỗi ƒ Giao tiếp V.24/EIA-232-F ƒ Nén thông tin ƒ Phân hợp kênh ƒ ADSL Bộ môn Kỹ thuật máy tính 98