Bài giảng chuẩn Mạng truyền thông Chuong2

Truyền thông công nghiệp là một lĩnh vực quan trọng trong xã hội hiện đại, nơi mà thông tin và hình ảnh được sản xuất và truyền đi để tác động đến ý kiến và hành vi của công chúng. Môn học này không chỉ tập trung vào việc hiểu và áp dụng các phương pháp truyền thông trong môi trường kinh doanh, mà còn đề cập đến các vấn đề liên quan đến việc xây dựng hình ảnh thương hiệu, quảng cáo, truyền thông truyền hình, và các nền tảng truyền thông kỹ thuật số.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ KỸ THUẬT TRUYỀN

THÔNG TRONG CÔNG

NGHIỆP

Nội Dung

2.1 Các khái niệm cơ bản

2.2 Chế độ truyền tải

2.3 Cấu trúc mạng – Topology 2.4 Truy nhập bus

2.5 Bảo toàn dữ liệu

2.6 Mã hóa bit

2.7 Kỹ thuật truyền dẫn

2.1 Các Khái Niệm Cơ Bản

Thông Tin

Thông tin là một trong những khái niệm cơ

sở quan trọng nhất trong khoa học kỹ thuật.

Một hệ thống xử lý thông tin hay một hệ thống truyền thông là một hệ thống kỹ thuật chỉ quan tâm tới các đầu vào, đầu ra

là thông tin.

Thông tin là một thước đo mức nhận thức, sự hiểu biết về một vấn đề, một sự kiện hoặc một

hệ thống.

Thông Tin

Thông tin là cơ sở của giao tiếp Thông

qua giao tiếp mà các đối tượng có thêm hiểu biết lẫn nhau về cùng một vấn đề, một sự kiện hoặc một hệ thống.

Thông tin là một đại lượng khá trừutượng Nó được mô tả hay được số lượnghóa bởi dữ liệu để có thể lưu trữ và xử lý.

Dữ Liệu

hóa bởi dữ liệu để có thể lưu trữ và xử lý

Trong ngữ cảnh bức điện: Dữ liệu là phầnthông tin hữu dụng được biểu diễn bằngcác bit nhị phân {0,1}

Lượng Thông Tin

Lượng thông tin là giá trị về sự hiểubiết một nguồn thông tin mang lại

Lượng thông tin được đo bằng các đơn

vị dữ liệu (bit = binary digit)

Ví dụ:

Thông tin khẳng định đúng sai, lượng thông tin là 1 bit.

Thông tin là một chữ cái trong bảng ký tự

256 chữ cái, ký hiệu Lượng thông tin là 8 bit.

Tín Hiệu

Tín hiệu là diễn biến của một đại lượngvật lý chứa đựng tham số thông tin/dữliệu và có thể truyền dẫn được.

liệu và có thể truyền dẫn được.

Trong kỹ thuật các loại tín hiệu thườngdùng là : điện, khí nén, quang, âmthanh…

Pha.

Phân loại tín hiệu

Tương tự: Tham số thông tin có thể

có một giá trị bất kỳ trong một khoảng

Phân loại tín hiệu

Liên tục: Tín hiệu có ý nghĩa tại bất

kỳ thời điểm nào trong khoảng thời

Tín Hiệu

kỳ thời điểm nào trong khoảng thờigian quan tâm hay là một hàm liên tụctheo thời gian

Gián đoạn: Tín hiệu chỉ có ý nghĩa tại

những thời điểm nhất định

Tín hiệu: Tương tự, liên tục Tín hiệu: Tương tự, gián đoạn

Tín Hiệu

Tín hiệu: Tương tự, liên tục

Tham số thông tin: Biên độ

Tín hiệu: Tương tự, gián đoạn Tham số thông tin: Biên độ xung

Tín hiệu: Rời rạc, liên tục

Tham số thông tin: Biên độ

Tín hiệu: Rời rạc, gián đoạn Tham số thông tin: Biên độ xung

Truyền Thông

Truyền thông là quá trình trao đổi thôngtin giữa hai chủ thể với nhau theo mộtphương pháp được quy định trước

Truyền dữ liệu là truyền tải thông tin sửdụng tín hiệu số

Tính năng thời gian thực

Một hệ thống có tính năng thời gian thựckhông nhất thiết phải có phản ứng thậtnhanh, mà quan trọng hơn là có phảnứng kịp thời đối với các yêu cầu tácđống bên ngoài

Tính năng thời gian thực

Như vậy, một hệ thống truyền thông cótính năng thời gian thực phải có khả năngtruyền tải thông tin một cách tin cậy vàkịp thời với yêu cầu của các đối táctruyền thông

Để đảm bảo tính năng thời gian thực,một hệ thống bus phải có những đặcđiểm sau:

Độ nhanh nhạy: đáp ứng nhu cầu trao

Tính năng thời gian thực

Độ nhanh nhạy: đáp ứng nhu cầu trao đổi dữ liệu.

Độ tin cậy: Đảm bảo cho tổng thời gian

cần cho việc chuyển dữ liệu một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong khoảng xác định.

Để đảm bảo tính năng thời gian thực,một hệ thống bus phải có những đặcđiểm sau:

Tính tiền định : Dự đoán trước được

Tính năng thời gian thực

Tính tiền định : Dự đoán trước được

về thời gian của từng trạm

sự cố một cách thích hợp để khônggây hại thêm cho hệ thống

2.2 Chế độ truyền tải

Định nghĩa

Phân loại chế độ truyền tải

Chế độ truyền tải là phương thức các bit dữ liệu được chuyển giữa

Định Nghĩa

các bit dữ liệu được chuyển giữa

các đối tác truyền thông.

Truyền bit song song hoặc truyền bit nối tiếp.

Truyền đồng bộ hoặc không đồng bộ.

Phân loại chế độ truyền tải

Truyền đơn công (simplex), song công (duplex,full-duplex) hoặc bán song công (half-duplex).

Truyền tải dãi mang, truyền tải dãi cơ

sở, truyền tải dãi rộng.

Truyền bit song song

truyền đi đồng thời

Truyền bit song song, nối tiếp

Truyền bit song song được dùng phổbiến trong các bus nội bộ của máy tínhnhư: bus địa chỉ, bus dữ liệu, bus điềukhiển

Truyền bit nối tiếp

Truyền bit nối tiếp: từng bit được chuyển

đi một cách tuần tự qua một đường truyền

Truyền bit song song, nối tiếp

duy nhất.

Ưu điểm: đơn giản, độ tin cậy dữ liệu cao.

Nhược điểm: Tốc độ truyền bị hạn chế

Truyền bit song song

Nhược điểm:

oVấn đề đồng bộ hóa giữa nơi gởi và

Truyền bit song song, nối tiếp

nơi nhận khi nhiều bit được truyềnđồng thời, và khi khoảng cách giữacác đối tác truyền thông tăng lên

Truyền bit song song, nối tiếp

Song song Nối tiếp

Song song

Nối tiếp

Kênh truyền dẫn

Mã hóa/ Giải mã

Mã hóa/

Giải mã

Truyền đồng bộ:các đối tác truyền

thông làm việc theo cùng một nhịp,

Truyền đồng bộ, không đồng bộ

thông làm việc theo cùng một nhịp, tức là với cùng tần số và độ lệch pha không đổi.

Truyền không đồng bộ: bên gửi và bên nhận không làm việc theo một nhịp chung.

Dữ liệu trao đổi thường được chia thành

Truyền đồng bộ, không đồng bộ

từng nhóm 7, 8 bit gọi là ký tự Các ký tự được chuyển đi vào thời điểm không đồng đều, vì vậy cần thêm hai bit để đánh dấu khởi đầu hay kết thúc.

Truyền đơn công, song công,

bán song công

Truyền tải dải cơ sở, dải mang,

dải rộng

Truyền tải dải cơ sở Truyền tải dải mang Truyền tải dải rộng

Truyền tải dải cơ sở

Một tín hiệu mang một nguồn thông tin

có thể biểu diển bằng tổng của nhiều daođộng có tần số khác nhau nằm trong mộtphạm vi hẹp được gọi là dải tần cơ sởhay dải hẹp

Truyền tải dải cơ sở

Tín hiệu được truyền đi là tín hiệu sau khi mã hóa nên nó có tần số cố định hoặc nằm trong một khoảng hẹp nào đó.

Truyền tải dải

mang

Truyền tải dải

rộng

Mỗi nhóm gồm 2 sinh viên thực hiện

nhiệm vụ sau:

Đặt 2 câu hỏi trắc nghiệm có 4 lựa chọn Nội dung câu hỏi nằm trong

chương 2.

2.3 Cấu trúc mạng - Topology

Định nghĩa

Phân loại cấu trúc mạng

Một số cấu trúc mạng thường gặp.

Định Nghĩa

Topology là cấu trúc hình học không gian của mạng thực chất là cách bố trí vị trí vật lý các trạm và cách thức

kết nối chúng lại với nhau

Phân Loại Cấu Trúc Mạng

Có hai kiểu cấu trúc mạng:

Kiểu điểm – điểm (Point to Point)

Kiểu quảng bá (Multi Point hay Broadcasting).

Kiểu điểm – điểm

Các đường truyền riêng biệt được thiết lập để nối các cặp

trạm với nhau

Mỗi trạm có thể truyền hoặc nhận trực tiếp dữ liệu, hoặc có thể làm trung gian như lưu trữ những dữ

Kiểu điểm – điểm

trung gian như lưu trữ những dữ liệu mà nó nhận được rồi sau đó chuyển tiếp dữ liệu đi cho một trạm khác để dữ liệu đó đạt tới đích.

Kiểu điểm – đa điểm

Tất cả các trạm phân chia chung

một đường truyền vật lý

Dữ liệu được gởi đi từ một trạm có thể được tiếp nhận bởi các trạm còn lại, bởi vậy cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để

Kiểu điểm – đa điểm

vậy cần chỉ ra địa chỉ đích của dữ liệu để mỗi trạm căn cứ vào đó kiểm tra xem dữ liệu có phải dành cho mình không, nếu đúng thì nhận nếu không thì bỏ qua.

Dạng đường thẳng - Bus

Trong dạng đường thẳng các trạm đều được nối vào một đường dây truyền chính (bus).

Dạng đường thẳng - Bus

Đường truyền chính này được giới hạn hai đầu bởi một loại đầu nối đặc biệt gọi là terminator (dùng để nhận biết là đầu cuối để kết thúc đường truyền tại đây).

Mỗi trạm được nối vào bus qua một đầu nối chữ T (T connector) hoặc một bộ thu phát (tranceiver).

Khi một trạm truyền dữ liệu, tín hiệu được truyền trên cả hai chiều của đường truyền theo từng gói một, mỗi gói đều phải mang địa chỉ trạm đích.

Dạng đường thẳng - Bus

trạm đích.

Các trạm khi thấy dữ liệu đi qua thì nhận lấy, kiểm tra, nếu đúng với địa chỉ của mình thì nhận lấy không thì

bỏ qua.

Ưu điểm: ít tốn dây cáp, tốc độ truyền dữ liệu cao.

Nhược điểm: nếu lưu lượng truyền tăng cao thì dễ gây ách tắc và nếu có lỗi thì khó

Dạng mạch vòng - ring

Các trạm được liên kết với nhau thành một vòng tròn theo phương thức điểm -điểm.

Dạng mạch vòng - ring

Qua đó, mỗi một trạm có thể nhận và truyền dữ liệu theo vòng một chiều và

dữ liệu được truyền theo từng gói một.

Mỗi gói dữ liệu đều có mang địa chỉ trạm đích, mỗi trạm khi nhận được một gói dữ liệu đều phải kiểm tra với địa chỉ của mình nếu đúng thì nhận nếu không thì

nó sẽ phát lại cho trạm kế tiếp, cứ như vậy dữ liệu sẽ đi đến đích.

Dạng mạch vòng - ring

Ưu điểm: không tốn nhiều dây cáp, tốc

độ truyền dữ liệu cao, không gây ách tắc

Nhược điểm: các giao thức để truyền dữliệu phức tạp và nếu có trục trặc trên mộttrạm thì cũng ảnh hưởng đến toàn mạng

Cấu trúc mạch vòng được sử dụng trong một số hệ thống có độ ti cậy cao như: INTERBUS, Token-Ring (IBM)

Dạng hình sao - star

Ở dạng hình sao, tất cả các trạm được nối vào một thiết bị trung tâm.

Dạng hình sao - star

Thiết bị trung tâm có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các trạm và chuyển tín hiệu đến trạm đích với phương thức kết nối là điểm – điểm.

Thiết bị trung tâm có thể là một bộ chuyển mạch (switch), một bộ chọn đường (router) hoặc đơn giản là một

bộ phân kênh (Hub).

Tốc độ truyền dữ liệu không cao.

Hiện nay mạng Ethernet công nghiệp

sử dụng phổ biến cấu trúc này kết hợp với

kỹ thuật chuyển mạch và phương thức truyền dẫn tốc độ cao.

Cấu trúc cây - Tree

Cấu trúc cây thực chất không phải

là một cấu trúc cơ bản.

Một mạng có cấu trúc cây chính là

sự liên kết của nhiều mạng con có

Cấu trúc cây - Tree

sự liên kết của nhiều mạng con có cấu trúc đường thẳng, mạch vòng, hình sao.

Đặc trưng của cấu trúc cây là sự phân cấp đường dẫn.

Để chia từ đường trục ra các đường nhánh, có thể dùng các bộ nối tích cực (active coupler).

Muốn tăng số trạm cũng như phạm vi của một mạng đồng nhất có thể dùng các bộ

Cấu trúc cây - Tree

một mạng đồng nhất có thể dùng các bộ lặp (repeater).

Trong trường hợp các mạng con hoàn toàn khác loại có thể dùng các bộ liên kết mạng khác như bridge, router, gateway.

Một số hệ thống cho phép xây dựng cấu trúc cây như một mạng

Cấu trúc cây - Tree

dựng cấu trúc cây như một mạng

đồng nhất là LonWorks,

DeviceNet , AS-i.

Master

Slave Slave

Slave

Đặc điểm

Trạm chủ được quyền phân chia thời gian truy cập đường truyền cho các trạm tớ.

Master/Slave

cho các trạm tớ.

Trạm chủ có thể gửi các yêu cầu tuần tự đến các trạm tớ hoặc có thể chỉ định trạm tớ bất kỳ theo mục đích truy nhập.

Hiệu suất đường truyền không cao.

Token Passing

Token passing là 1 khung truyền có cấu trúc đặc biệt với các thông tin dữ liệu chính, nó được sử dụng như một thẻ bài Khi một trạm nào đó có thẻ bài nó sẽ

được quyền trao đổi thông tin.

Token Passing

Đối với các mạng có cấu trúc khép kín người ta đưa ra khái niệm token ring Sơ

đồ như sau:

Nguyên tắc truyền thông tin:

Một trạm đang giữ Token không những có quyền giữ thông tin đi mà còn có thể kiểm soát thông tin của các trạm khác.

Nguyên tắc hoạt động

Khi có xung đột xảy ra thì các trạm đều phải hủy bỏ bản tin gởi của mình.

Chờ đợi, một thời gian sau (ngẫu nhiên) các trạm này sẽ gởi lại thông báo.

Có xung độ t đườ ng truy ề n:

H ủ y b ỏ b ả n tin g ở i:

Tr ạ m n1 g ở i l ạ i thông báo:

CSMA/CA: Carieer Sense Multiple with Collision Avoidance.

CSMA/CA

Phương pháp này giống như CSMA/CD, nhưng chúng sử dụng phương pháp mã hóa bit thích hợp

để khi xảy ra xung đột , tín hiệu này

sẽ lấn át tín hiệu kiểm tra.

Tr ạ m n1, n3 cùng phát

Tr ạ m n1 liên t ụ c phát,

Tr ạ m n3 d ừ ng phát

Mỗi nhóm gồm 2 sinh viên thực hiện

nhiệm vụ sau:

Đặt 2 câu hỏi trắc nghiệm có 4 lựa chọn Nội dung câu hỏi nằm trong

chương 2.

2.5 Bảo toàn dữ liệu

Định Nghĩa

Bảo toàn dữ liệu là phương pháp sử dụng xử lý giao thức để phát hiện và khắc phục lỗi, trong đó quan trọng

nhất là phát hiện lỗi.

Cơ sở đánh giá PP bảo toàn dữ liệu

Tỉ lệ lỗi còn lại

Là thông số đặc trưng cho độ tin cậy dữliệu của một hệ thống truyền thông saukhi đã thực hiện các biện pháp bảotoàn

Tĩ lệ giữa số bức điện còn bị lỗi khôngphát hiện được trên tổng số bức điện

đã được truyền

Một bức điện càng dài thì lỗi còn lớn

Thời gian trung bình giữa hai lần lỗi

Ký hiệu T MTBF : Mean time between failures.

T MTBF = n/(v*R):

n: chiều dài bức điện tính bằng bit

n: chiều dài bức điện tính bằng bit

v: tốc độ truyền tính bằng bit/s

R:

Nếu trong một bức điện chỉ có thể pháthiện một cách chắc chắn k bit bị lỗi thì

HD = ?

Hiệu suất truyền dữ liệu (E)

Là một thông số đặc trưng cho việc

sử dụng hiệu quả các bức điện phục

vụ chức năng bảo toàn dữ liệu.

Là tỉ lệ số bít mang thông tin nguồn (dữ liệu) không bị lỗi trên toàn bộ

số bit được truyền.

Hiệu suất truyền dữ liệu (E)

Công thức tính: E = (m(1-p) n )/n

m: số lượng bit dữ liệu trong mỗi bức điện.

m: số lượng bit dữ liệu trong mỗi bức điện.

n: chiều dài bức điện

p: tỉ lệ bit lỗi

Các phương pháp bảo toàn dữ liệu

Parity bit 1 chiều và 2 chiều.

Nhồi bit (Bit stuffing).

CRC (Cyclic Redundancy Check).

Parity Bit (Bit chẵn lẽ)

Parity bit (bít ch ẵ n l ẻ ) p là t ổ ng s ố bit 1

ph ụ tr ợ p = 0 ho ặ c p = 1

Parity Bit (Bit chẵn lẽ)

Ví d ụ:

Giao th ứ c UART s ử d ụ ng bit p để truy ề n thông,

có c ấ u trúc b ứ c đ i ệ n nh ư sau:

Start bit D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 P Stop bit

Parity chẵn , p bằng 0 khi tổng số bit 1 là chẵn

Parity lẻ, p bằng 1 khi tổng số bit 1 là lẻ

Parity Bit (Bit chẵn lẽ)

00000000

00000001

0 1

1 0

Bit d ữ li ệ u Parity ch ẵ n Parity l ẻ

0 1 0 0 1

Bit stuffing (Nhồi bit)

Bit stuffing thường không được coi như một phương pháp bảo toàn dữ liệu độc lập, thường được sử dụng với mục đích chính là tạo một dãy bit thuận lợi cho việc đóng gói dữ liệu

và mã hóa bit.

Bit stuffing (Nhồi bit)

Phương pháp nhồi bit được thực hiện theo nguyên tắc sau:

Bên gửi : Dữ liệu có n bit 1 cạnh

nhau thì thêm một bit 0 vào sau đó

Bên nhận : phát hiện n bits 1 liền

nhau mà bit tiếp theo là 0 thì đượctách ra

Bit stuffing (Nhồi bit)

Ví dụ: Thông tin nguồn 0111110,

oThông tin gởi đi 01111100

Bit stuffing

oThông tin gởi đi 01111100

oThông tin nhận được 0111110

CRC (Cyclic Redundancy Check)

Phương pháp mã đa thức hay mã vòng Phương pháp này được sử dụng trong hầu hết các hệ thống

truyền thông.

CRC (Cyclic Redundancy Check)

CRC (Cyclic Redundancy Check)

+ Dãy bit chuy ể n đ i : D=P+R=110101111

+ Dãy bit nh ậ n đượ c D’ ph ả i chia h ế t cho G

2.6 Mã hoá bit

Định nghĩa

Một số phương pháp mã hóa bit

Một số phương pháp mã hóa bit

NRZ (Non Return to Zero)

RZ ( Return To Zero).

Mã Manchester.

AFP (Alternate Flanks Pulse).

FSK (Frequency Shift Keying).

NRZ (Non-Return to Zero)

0 1 1 0 1 0 1 0 1

NRZ : 1 ứng với mức tín hiệu cao , 0 ứng với mức tín hiệu thấp trong suốt chu kì T

0 1 1 0 1 0 0 1

RZ ( Return to Zero)

RZ : 1 ứng với mức tín hiệu cao trong

nửa chu kì T , 0 ứng với mức tín hiệu thấp trong cả chu kì T.

0 1 1 0 1 0 0 1

Mã Manchester

Mã Manchester II : 1 ứng với sườn xuống của xung, 0 ứng với sườn lên của xung ở giữa chu kì T.

AFP (Alternate Flanked Pulse)

AFP: Thay đổ i gi ữ a 0 và 1 đượ c đ ánh

d ấ u b ằ ng m ộ t xung xoay chi ề u

0 1 1 0 1 0 0 1

FSK (Frequency Shift Keying)

FSK: Trạng thái logic 0 và 1 ứng với các tần số khác nhau.

2.9 Một số thiết bị chuyển đổi

1 B ộ chuy ể n đổ i RS-232/RS422/RS485

3 Card chuy ể n đổ i PCI-COM

4 B ộ chuy ể n đổ i USB-COM

Bộ chuyển đổi Ethernet- 32/422/485

Cấu trúc bộ chuyển đổi Ethernet/Serial

Card chuyển đổi PCI/COM

• Nhi ề u ki ể u đấ u n ố i

Bộ chuyển đổi USB-COM

Một số module khác

LOGO